[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

说明书

本发明公开了一种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，首先建立双耦合极板电场耦合式无线电能传输系统拓扑结构；然后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，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；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；在一个周期内组成一个闭环电路，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。本发明解决了现有技术中存在的电场耦合式无线电能传输系统只能工作在闭环电路中，且电子只能在一个完整的电路闭环中流动的问题。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

无线电能传输是一种无需物理接触即可实现电能传输的技术。目前已经有多种无线电能传输的方法包括基于磁场耦合的无线电能传输、基于电场耦合的无线电能传输、基于激光的光功率传输和远场RF微波能量传输。磁场耦合式无线电能传输系统利用频率范围为kHz—MHz的非辐射磁场来实现无线电能传输的功能，耦合电感被用来产生磁场。磁场耦合式无线电能传输系统已广泛应用于水下设备、植入式医疗设备、移动设备、电动汽车和无人驾驶飞机。在空气介质中应用时，磁场耦合式无线电能传输技术具有高效率、电流隔离和高可靠性的优势。

在海水环境中，水下磁场耦合式无线电能传输系统在导电的海水中将会产生涡流损耗，电感线圈之间的互感会随着海水电导率的变化而变化，而海水电导率会随着海水温度和盐度的变化而变化。水下磁场耦合式无线电能传输系统会同时会受到海水压强的影响而产生“压磁效应”，除此之外，水下磁场耦合式无线电能传输系统还对附近金属材料非常敏感，它会产生多余的热量并伴随着大量的能量损失。

与磁场耦合式无线电能传输系统相比，电场耦合式无线电能传输系统采用非常高频率的(MHz)的电场，将电能从发送端传输到接收端。发射端的耦合极板和接收端耦合极板共同组成耦合电容机构。一般情况下，电场耦合式无线电能传输系统常用于低功率场合。近年来，电场耦合式无线电能传输系统开始应用于数千瓦功率等级、数十厘米传输距离的无线电能传输。电场耦合式无线电能传输系统技术得到了高度发展，这项技术也可以用于电动汽车和全电动飞机。

由于海水的介电常数大概是自由空间或者空气的81倍，因此，在海水介质中，电场耦合式无线电能传输系统的海下电能传输能力将大大增强。在导电海水中，电场耦合式无线电能传输系统具有系统结构简单、无涡流损耗等优点，且在运行时受周围金属的影响不大。另外，只采用金属板作为无线电能传输的媒介，其可以很大程度上降低成本。因此，电场耦合式无线电能传输系统将会在海下无线电能传输方面具有光明的应用前景。然而，电场耦合式无线电能传输系统只能工作在闭环电路中，且电子只能在一个完整的电路闭环中流动。目前还没有文章或者报告中提出如何利用基于双耦合极板的电场耦合式无线电能传输系统实现海下无线电能传输的应用。电子的周期性往复流动方法将会给电场耦合式无线电能传输系统在海下的应用提供一种新的思路。

在这种背景下，本发明专利提出一种电场耦合式水下无线电能传输系统的电子周期性往复流动理论。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，解决了现有技术中存在的电场耦合式无线电能传输系统只能工作在闭环电路中，且电子只能在一个完整的电路闭环中流动的问题。

本发明所采用的技术方案是，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，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；