[实用新型]一种高压超薄无线电能传输系统

说明书

一种高压超薄无线电能传输系统，属于电气工程领域的无线电能传输技术，包括：初级侧整流滤波单元、初级侧高频逆变器、初级侧DC‑DC单元、初级侧升压变压器拓扑结构、初级侧发射线圈、次级侧接收线圈、次级侧降压变压器拓扑结构、次级侧整流滤波单元等。利用该高压超薄无线电能传输系统，可以使初级侧发射线圈和次级侧接收线圈超薄；且提升了无线电能传输系统初级侧、次级侧的工作电压，实现高压传输，使发射线圈及接收线圈中工作电流减小，降低欧姆损耗或节省成本，提高无线电能传输系统性能。

技术领域

本实用新型属于电气工程领域的无线电能传输技术，具体涉及一种高压超薄无线电能传输系统。

背景技术

近年来，无线电能传输技术取得飞速发展。其中，磁场耦合无线电能传输技术以其传输功率大、效率高、安全性好等优势，有望在电动汽车、工业机器人、手机充电等领域得到广泛的商业应用。

近距离(毫米级)的无线电能传输技术已经有几十年的发展历史，在电动牙刷等需要防水充电的领域得到应用。这种无线电能传输技术的基本物理学原理是法拉第电磁感应定律，其主要缺点是无线电力传输距离非常短，通常只有几个豪米，无法满足现在的社会需求。

拓扑结构是无线电能传输系统的重要组成部分。近年来，为了提高无线电能传输系统的性能，研究者尝试引入了各种补偿拓扑结构，以克服无线电能传输系统的低耦合系数、高漏感特性，从而增加无线电能传输系统的传输距离，并提升传输效率。传统的以电动汽车无线电能传输为例，汽车底盘距离地面的距离一般是15cm。为了满足电动汽车无线电能传输的应用要求，需要使用基于电感和电容的谐振拓扑结构来加强空间磁感应强度，并且改善高频逆变器的负载阻抗特性。其中，最基本的是由电感L与电容C构成的简单串联或并联谐振及其各种组合。

然而，基本的拓扑结构在性能上存在各种各样的缺点。研究者们提出了更多的改进拓扑：例如LCC拓扑结构、LLC拓扑结构等等。最新的科技文献甚至把各种可能的组合进行了系统分析，以获得恒流输出、恒压输出等期望的性能，并将其应用于电动汽车的无线电能传输。这些研究既有高水平学术论文的理论分析，也有实际应用的工程方法。因此，新型拓扑结构的改进对于无线电能传输系统的性能提升和商业应用具有重要意义。

虽然研究人员均致力于改进和发明新型拓扑结构，但是其思路一直局限于使用较低电压、大电流的线圈驱动，为了达到较好效果，线圈线径通常较粗，性能具有局限性。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种利用升压变压器实现发射线圈、接收线圈之间进行高压传输的特性来改进传统无线电能传输的新型拓扑结构，通过高压、小电流即可无线传输同样的电能功率，突破了大电流需要使用较粗导线的性能局限，利用高频磁性材料制作的升压变压器使用后，使得发射线圈、接收线圈可采用线径细、匝数多的制作方法，实现线圈超薄，互感M增大(jωMI增大，导致接收电压也增大)，初级侧发射线圈、次级侧接收线圈之间传输的电压较高，且使电能在高压传输过程中欧姆损耗降低，提高传输效率，提升无线电能传输系统的性能。

技术方案为：包括初级侧和次级侧，所述初级侧包括顺序电连接的初级侧交流电源、初级侧整流滤波单元、初级侧DC-DC单元、初级侧高频逆变器、初级侧升压变压器拓扑结构和初级侧发射线圈；所述次级侧包括顺序电连接的次级侧接收线圈、次级侧降压变压器拓扑结构、次级侧整流滤波单元、次级侧DC-DC单元和负载；所述初级侧升压变压器拓扑结构产生出高电压，并驱动所述初级侧发射线圈；所述次级侧接收线圈通过互感M接收初级侧发射线圈所发射的电磁场，并将其转化为电能；所述次级侧降压变压器拓扑结构将所述次级侧接收线圈接收到的高压交流电降压后，经次级侧整流滤波单元、次级侧DC-DC单元，给负载供电。