本发明专利技术公开了一种感应耦合式电能量无线传输装置，提供一种能量注入过程与谐振过程分时进行的感应耦合电式电能量无线传输装置和传输方法。包括电源、控制电路、谐振槽、次级能量拾取模块；所述谐振槽由开关矩阵、谐振电容、电压传感器、电流传感器、松耦合变压器构成。工作时将一个能量传输周期分为三个模式：能量注入模式、自适应谐振模式、关断模式；解决了目前感应耦合无线电能传输通用方法中电源变换器与谐振网络的工作频率必须一致的难题，无线能量传输装置可以在各种复杂工况下自适应谐振，实现大功率高效率的无线能量传输。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种感应耦合式电能量无线传输装置，提供一种能量注入过程与谐振过程分时进行的感应耦合电式电能量无线传输装置和传输方法。包括电源、控制电路、谐振槽、次级能量拾取模块；所述谐振槽由开关矩阵、谐振电容、电压传感器、电流传感器、松耦合变压器构成。工作时将一个能量传输周期分为三个模式：能量注入模式、自适应谐振模式、关断模式；解决了目前感应耦合无线电能传输通用方法中电源变换器与谐振网络的工作频率必须一致的难题，无线能量传输装置可以在各种复杂工况下自适应谐振，实现大功率高效率的无线能量传输。【专利说明】
:本专利技术涉及非接触供电领域，尤其适合于电动汽车、机器人、水下电能传输等不适合接触式的。
技术介绍
:众所周知，电能量传输一般都是通过电导体接触紧固装置或者接触式插头从电网获取，但在一些特殊场合，通过电导体接触式的电能量传输可能会引起接触不良、过热燃烧等一些问题。为了解决特殊场合电能量传输，国内外提出了许多电能量无线传输的方法，如微波、激光、超声、电磁感应耦合(简称感应耦合)等无线电能传输方法。在这些方法中，感应耦合无线能量传输方式发展最快。感应耦合电能量无线传输是基于松耦合变压器原理，送往负载的电能先通过电源变换器转换成交流电，交流电的电能量通过松耦合变压器初级线圈产生交变磁场能量，交变磁场能量被耦合次级线圈，次级线圈将耦合到次边的交变磁场能量转换成电能量并送往负载。感应耦合电能量无线传输需首要解决传输效率低的问题。传输效率低导致了许多困难，如初级电能量无法全部传递到次级，遗留的能量必然要在初级滞留，滞留的能量一部分返回电源，一部分则产生强大的电应力或热影响初级电结构，结果造成传递功率、效率低，电路工作不稳定、不可靠。传输效率低的问题在理论层面可抽象为松耦合变压器漏感大、漏感数值受各种因素影响大的问题，表现的现象为无功功率大、不稳定。文南犬〈〈StabiIity and control of inductively coupled power transfersystems》(IEEE Proceedings-Electric Power Applicat1ns，2000，147(I)，pp:37-43)提出了在初级、次级加入谐振网络，消除无功功率的方法，解决了松耦合导致的诸多问题。但该方法的问题是工作时需要电源变换器的工作频率与谐振网络谐振频率一致(即处于谐振状态)，因此实际使用时常应为失谐而不能正常工作。为此，专利CN201310065865.1与〇吧01110283083.6提出了一种采用相控电容、专利0吧01310066463.3提出了一种采用可控电感分别进行谐振补偿跟踪的方法维持电源变换器与谐振网络的谐振频率一致，借此改善谐振网络失谐的问题，这种方法由于采用的补偿电容或补偿电感数量有限，只能在有限个频率范围进行谐振频率补偿跟踪，因此无法真正解决电源变换器与谐振网络谐振频率工作频率必须一致的难题;文献《感应电能传输系统能量注入控制方法研究》(电子科技大学学报，Vol.40N0.1，2011年I月，pp: 69-72)提出了一种将电源变换器与谐振网络之间的工作配合过程分为能量注入与自由谐振两个阶段的方法，这个方法虽然能够改善电路设计分析过程中数学模型的复杂程度和为能量控制策略提供一种新的方法，但为了保证电路工作时的软开关条件，电源变换器与谐振网络的工作频率依然必须保持一致。总之，虽然有许多有益的措施进行了系统谐振补偿或者控制策略改变，但由于没有将电源变换器与谐振网络完全解耦，电源变换器工作频率必须与谐振网络的谐振频率保持一致的约束并没得到解决，因此，由于实际的电能量无线传输环境各种变动因素复杂，上述的方法实际应用效果并不理雄V QjN O
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能量注入过程与谐振过程分时进行的感应耦合电式电能量无线传输装置。本专利技术的另一个目的在于提供一种感应耦合式电能量无线传输装置的传输方法，与目前感应耦合式电能量无线传输的方法不同，该传输方法将一个能量传输周期分为能量注入模式、自适应谐振模式、关断模式三个模式，实现大功率高效率的电能量传输。一种感应耦合式电能量无线传输装置，包括电源、控制电路、谐振槽、次级能量拾取模块;所述谐振槽由开关矩阵、谐振电容、电压传感器、电流传感器、松耦合变压器构成；所述次级能量拾取模块中安装有电压传感器和电流传感器;所述控制电路的输入端分别与电压传感器、电流传感器、电压传感器、电流传感器连接，所述控制电路的输出端与开关矩阵连接;所述电源的两个端口分别连接到两个开关矩阵的一个选通端，所述谐振电容的两条引线分别连接到两个开关矩阵的另一个选通端;所述松耦合变压器由初级线圈和次级线圈构成，所述初级线圈的两条引线分别连接到两个开关矩阵的公共端，所述次级线圈的两条引线分别连接到所述次级能量拾取模块的两个输入端;所述电压传感器和电流传感器用于实时检测谐振槽的工作参数，并将检测结果送往控制电路;所述电压传感器和电流传感器用于实时检测次级能量拾取模块的工作参数，并将检测结果送往控制电路;所述控制电路依据上述检测结果对所述开关矩阵进行控制，实现能量注入模式、自适应谐振模式、关断模式的软开关转换。所述能量注入模式为:控制电路控制开关矩阵将初级线圈连接到电源上，电源向初级线圈注入能量，通过松耦合变压器的耦合，一部分能量耦合到次级线圈，并由能量拾取模块接收，完成无线能量传递。能量注入模式的等效电路如(图2a)，用变压器T型等效模型将松耦合变压器次级线圈以及后接的次级能量拾取模块等效到初级，等效电路包括:电源、初级漏感、互感、次级漏感、等效负载电阻。所述自适应谐振模式为:控制电路控制开关矩阵将初级线圈连接到谐振电容上，谐振槽以谐振电容参数、初级线圈参数、松耦合变压器次级反射到初级的等效参数为特征产生谐振，谐振过程中能量继续通过松耦合变压器耦合到次级，由能量拾取模块接收，完成无线能量传输。自适应谐振模式的等效电路如(图2b)，谐振槽内的谐振电容与初级线圈形成并联谐振结构，等效电路包括:谐振电容、初级漏感、互感、次级漏感、等效负载电阻。所述关断模式为:控制电路控制初级线圈既不与电源连接、也不与谐振电容连接，形成空断状态，谐振槽中残存的能量以电场能量形式存储在谐振电容中，松耦合变压器没有进行能量耦合，次级没有获得能量。根据实际实施情况，关断模式可以不用。所述谐振槽内的电压传感器、电流传感器根据实施情况安装，用于采集谐振槽内工作参数，采集到的参数送往控制电路。电压传感器可采集谐振电容两端的电压参数，也可采集其它能反映谐振槽工作状况的其它部件的电压参数，实际安装数量根据实施情况确定；电流传感器可采集流经初级线圈的电流参数，也可采集其它能反映谐振槽工作状况的其它部件的电流参数，实际安装数量根据实施情况确定。所述次级能量拾取模块内的电压传感器、电流传感器根据实施情况安装，用于采集次级能量拾取模块内的工作参数，采集到的参数送往控制电路。电压传感器可采集松耦合变压器次级线圈两端电压参数，也可采集其它能反映次级能量拾取模块工作状况的其它部件的电压参数，实际安装数量根据实施情况确定；电流传感器可采集流经次级线圈的电流参数，也可采集其它能反映次级能量拾取模块工作状况的其它部件的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种感应耦合式电能量无线传输装置，其特征在于：包括电源(1)、控制电路(2)、谐振槽(3)、次级能量拾取模块(4)；所述谐振槽(3)由开关矩阵(31)、谐振电容(32)、电压传感器(33)、电流传感器(34)、松耦合变压器(35)构成；所述次级能量拾取模块(4)中安装有电压传感器(41)和电流传感器(42)；所述控制电路(2)的输入端分别与电压传感器(33)、电流传感器(34)、电压传感器(41)、电流传感器(42)连接，所述控制电路(2)的输出端与开关矩阵(31)连接；所述电源(1)的两个端口分别连接到两个开关矩阵(31)的一个选通端，所述谐振电容(32)的两条引线分别连接到两个开关矩阵(31)的另一个选通端；所述松耦合变压器(35)由初级线圈(351)和次级线圈(352)构成，所述初级线圈(351)的两条引线分别连接到两个开关矩阵(31)的公共端，所述次级线圈(352)的两条引线分别连接到所述次级能量拾取模块(4)的两个输入端；所述电压传感器(33)和电流传感器(34)用于实时检测谐振槽(3)的工作参数，并将检测结果送往控制电路(2)；所述电压传感器(41)和电流传感器(42)用于实时检测次级能量拾取模块(4)的工作参数，并将检测结果送往控制电路(2)；所述控制电路(2)依据上述检测结果对所述开关矩阵(31)进行控制，实现能量注入模式、自适应谐振模式、关断模式的软开关转换。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文芗，
申请(专利权)人：陈文芗，
类型：发明
国别省市：福建;35
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