[发明专利]电场耦合式无线电能传输系统的电子周期性往复流动方法

权利要求书

1.电场耦合式无线电能传输系统的电子周期性往复流动方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立双耦合极板电场耦合式无线电能传输系统拓扑结构；

所述步骤1中双耦合极板电场耦合式无线电能传输系统拓扑结构具体为：包括耦合极板P₁和耦合极板P₂，耦合极板P₁和耦合极板P₂之间填充有导电介质，耦合极板P₁与电感L₁串联后连接至系统输入侧，系统输入侧包括开关管S₁和开关管S₂通过自身串联的形式与电源V_in并联连接，开关耦合极板P₂与电感L₂串联后连接至系统输出侧，系统输出侧包括二极管D₁和二极管D₂通过自身串联的形式与输出滤波电容C_o和负载并联连接；

所述耦合极板P₁和耦合极板P₂之间填充的导电介质为海水；

步骤2、假设电流方向在半个开关周期内只改变一次，上半个开关周期内，原边电流I_1F从电源V_in流向电感L₁和耦合极板P₁；同时，在系统的副边，电流I_2F从耦合极板P₂和电感L₂流向输出滤波电容C_o和负载，在上半个开关周期内，完成电流从系统原边向系统副边的正向流动，耦合电容为隔离单元；

所述步骤2具体如下：

在海水条件下，海水导电介质的介电常数、温度、盐浓度和电磁波的角频率有如下关系：

其中，ε_sea(S，T，ω)为海水导电介质的介电常数，ε_∞(S，T)是频率无限大时的海水介电常数，ε₀是自由空间的介电常数，ε₀＝8.854×10^-12Fm^-1，ω＝2πf，f是电磁波的频率，ε_S(S，T)是海水的静态介电常数，δ(S，T)是海水的离子电导率，τ(S，T)是德拜弛豫时间；S为海水盐度，T为海水温度；

在海水介质中，两个耦合极板所组成的电容C表示为：

其中，l表示耦合极板的长度，d表示为发射端耦合极板和接收端耦合极板之间的距离；

在双耦合极板电场耦合式无线电能传输系统中，耦合电容C_M表示为：

C_M＝C (3)

通过半桥逆变电路，原边的谐振电压v_P为：

通过半桥整流电路，副边的谐振电压v_S和负载电压v₀有如下关系：

在上半个开关周期内，基于基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL原则，原边电流i_1F和副边电流i_2F表示为：

其中，v_in为输入电压，v_L1为电感L₁电压，u_P1为耦合极板P₁的电压，L₁为电感L₁的电感值，u_P2为耦合极板P₂的电压，v_L2为电感L₂的电压，v₀为电场耦合式无线电能传输系统的输出电压，R_L为负载电阻值，L₂为电感L₂的电感值，C₀为输出滤波电容C_o的电容值，ω_S＝2πf_S，f_S是开关频率；

在上半个开关周期内，耦合电容的电流i_CF表示为：

其中，C为耦合电容的等效电容值；

步骤3、在下半个开关周期内，系统原边电流I_1S从耦合极板P₁和电感L₁流向地G₁，同时，在系统的副边，电流I_2S从电感L₂流向耦合极板P₂，在下半个开关周期内，完成电流从系统副边向系统原边的反向流动，耦合电容为隔离单元；

步骤4、在导电介质中，双耦合极板电场耦合式无线电能传输系统，耦合电容作为隔离单元，在一个周期内组成一个闭环电路，同时，在一个周期内完成电能从系统原边向系统副边的传递，从而，形成电子的周期性往复流动。