[发明专利]变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统及方法

权利要求书

1.一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述电能传输系统包括一个发射端模块和一个接收端模块；

所述发射端模块包括：高频信号发生器、第一拓扑变换网络和发射线圈，所述发射线圈通过第一拓扑变换网络连接到高频信号发生器，所述高频信号发生器用于输出额定功率的高频信号；

所述接收端模块包括：接收线圈、第二拓扑变换网络、负载特性检测器和负载设备，所述接收线圈依次经由第二拓扑变换网络和负载特性检测器与负载设备相连。

2.根据权利要求1所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述第一拓扑变换网络包括第一电容、第二电容、第一开关和第二开关，所述第一开关与第一电容并联，所述第二开关与第二电容串联，所述第一电容与第二电容并联。

3.根据权利要求1所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述第二拓扑变换网络与交流负载直接相连。

4.根据权利要求1所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述第二拓扑变换网络通过一个整流电路与直流负载相连；所述整流电路包括半波整流、全波整流和桥式整流。

5.根据权利要求2所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述第二拓扑变换网络包括第三电容、第四电容、第三开关和第四开关，所述第三开关与第三电容并联，所述第四开关与第四电容串联，所述第三电容与第四电容并联。

6.根据权利要求1所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述负载设备是纯阻性负载；或是有感性部分的阻感性负载；或是有容性部分的阻容性负载。

7.根据权利要求5所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述负载特性检测器的输出端控制所述第一拓扑变换网络的第一开关、第二开关的同时开通和同时闭合，并控制所述第二拓扑变换网络的第三开关、第四开关的同时开通和同时闭合。

8.根据权利要求1所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述发射线圈与接收线圈为具有绕制方式一致、相同匝数和匝距的线圈，所述第一拓扑变换网络与第二拓扑变换网络具有相同的电参数；所述发射线圈与第一拓扑变换网络相连；所述接收线圈与第二拓扑变换网络相连。

9.根据权利要求8所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈分别与第一拓扑变换网络和第二拓扑变换网络相连组成谐振电路，发射端模块和接收端模块具有相同的谐振频率。

10.根据权利要求8所述一种变拓扑结构磁耦合谐振无线电能传输系统，其特征在于，所述发射线圈经由第一拓扑变换网络接收高频驱动电源中输出额定功率的高频信号，所述接收端模块与发射端模块固有谐振频率相等，发生谐振将能量从发射线圈传输到接收线圈，能量通过所述接收线圈依次经由第二拓扑变换网络和负载特性检测器将能量供给给负载设备使用。

11.一种采用如权利要求1-10任一项所述电能传输系统的无线电能传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：系统开始工作，负载特性检测器实时检测磁耦合谐振无线电能传输系统中负载设备的负载特性，即负载设备是纯阻性负载；或是有感性部分的阻感性负载；或是有容性部分的阻容性负载，并将检测结果输出到第一拓扑变换网络和第二拓扑变换网络；

步骤B：如果所述负载设备是纯阻性负载，所述第一拓扑变换网络中的第一开关和第二开关同时断开，则所述发射线圈与第一拓扑变换网络组成串联谐振电路，所述第二拓扑变换网络中的第三开关和第四开关同时断开，所述接收线圈与第二拓扑变换网络组成串联谐振电路，组成串联-串联拓扑系统结构电路；

步骤C：如果所述负载设备是阻感性负载，所述第一拓扑变换网络中的第一开关和第二开关同时断开，则所述发射线圈与第一拓扑变换网络组成串联谐振电路，所述第二拓扑变换网络中的第三开关和第四开关同时闭合，所述接收线圈与第二拓扑变换网络组成并联谐振电路，组成串联-并联拓扑系统结构电路；

步骤D：如果所述负载设备是阻容性负载，所述第一拓扑变换网络中的第一开关和第二开关同时断开，则所述发射线圈与第一拓扑变换网络组成串联谐振电路，所述第二拓扑变换网络中的第三开关和第四开关同时断开，所述接收线圈与第二拓扑变换网络组成串联谐振电路，组成串联-串联拓扑系统结构电路。