[发明专利]AC/AC注入型感应耦合式无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种AC/AC注入型感应耦合式无线能量传输装置，属于无线电能 传输技术领域。

背景技术

在感应耦合式无线能量传输系统中，发射端逆变器负责产生谐振网络线圈 中所需的高频交流电，为了满足谐振网络高频电流的要求，逆变器中开关管的 工作频率一般要与谐振频率相同，但随着工作频率的升高，开关管的开关损耗 会导致整体传输效率的降低。为此有研究人员提出了离散注入型的发射端控制 方式，即保持输入电压不变，控制逆变器的间歇性工作，使得逆变器不工作时 谐振网络才以自由振荡的形式传递能量。这一工作方式虽然可以降低逆变器的 开关频率，然而它并没有完全实现离散能量注入的功能。由于振荡电流衰减的 速度与接收端负载状况相关，当接收端负载足够大，使得每个谐振周期内逆变 器注入谐振网络的能量可以在一个周期内衰减掉，则逆变器开关频率就会与谐 振频率相同。不仅如此，由于该方法中的能量注入是通过在谐振过程中将电源 接入谐振网络来实现，因此注入的能量会受到谐振网络以及接收端负载状况的 影响。

专利1：一种基于无线电能传输的类LLC电路，申请号201510757137.6， 该发明提供一种基于无线电能传输的类LLC电路，该电路利用将直流变成高频 交流并同时完成软开关驱动的类LLC逆变驱动模块，在LLC电路软开关驱动下 完成无线电能传输任务。

专利2：复合谐振式ECPT系统及其参数设计方法，申请号201510691216.1， 该发明提供一种复合谐振式ECPT系统及其参数设计方法，利用CLC谐振网络实 现了系统的恒流输出特性和耦合机构激励电压基本不受负载变化影响，并针对 发射端谐振网络引起的逆变器环流问题设计了谐波抑制电路。

上述专利虽然利用特定结构谐振网络实现系统谐振电流稳定控制，但都需 要逆变器工作在高频情况下，对系统电路负担较重。一般情况下，常用的H桥 式和推挽式逆变器拓扑都只有单向阻断能力，因此输入只能为直流电源，而工 业上应用感应耦合式无线能量传输系统的场合都只能提供50/60HZ的工频交流 电源，为此在感应耦合式无线能量传输系统逆变器前端需要接入整流滤波模块， 以提供稳定的直流电压输入。然而，由于工频交流电频率较低，且电压幅值通 常会大于220V，因此整流滤波模块里所使用的半导体器件和储能元件的体积和 功率等级都会较高，这样不仅给系统增加不小的体积和成本负担，还容易产生 电磁干扰，降低系统可靠性。另外采用传统不控整流其功率因数较低，而且需 要整流和逆变两级串联工作，效率较低。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一种AC/AC注入型感应耦合式 无线能量传输装置。主要目的是通过对系统发射端拓扑的结构设计与控制，实 现系统的脉冲式能量注入功能，使系统以远低于谐振频率的开关频率向接收端 传输能量，避免由于开关管工作频率过高而产生的开关损耗，提高系统无线能 量传输效率，并利用双向反激储能单元工作特性，使系统能够直接对交流输入 电压进行能量采集，实现交流到交流的发射端能量转移过程，优化系统体积与 成本，增加可靠性，同时采用一级AC/AC变换器不仅可以实现单位功率因数校 正而且可以减低成本，提高系统效率。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提出一种AC/AC注入型感应耦合式无线能量传输装置，其特征在于， 包括双向反激储能单元、能量转移单元、高频谐振发射单元、接收端谐振单元；

双向反激储能单元包括双向开关支路、变压器T；变压器T的原边线圈L₁和 L₂分别与在双向开关支路的两个支路串联；

能量转移单元位于双向反激储能单元和高频谐振发射单元之间；

交流电源向双向反激储能单元提供注入能量，双向反激储能单元与能量转 移单元相连接，再与高频谐振发射单元相连，高频谐振发射单元通过发射线圈L_T与接收线圈L_r的耦合谐振向接收端谐振单元传输能量，接收端谐振单元接收能 量并向负载阻抗R_L供电。