一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，包括用于提供连续电流的直流电源、用于将流电压电流进行逆变产生交变电流电压方波的全桥逆变电路、原级线圈电路、次级线圈电路、以及用于将非对称式耦合机构产生的正弦交变电流进行整流处理的二极管单相整流电路，所述全桥逆变电路与直流电源和原级线圈电路连接，所述次级线圈电路与二极管单相整流电路连接，所述次级线圈电路中的次级线圈由多个电感线圈串联而成，所述原级线圈电路与次级线圈电路构成非对称式耦合机构。本实用新型专利技术能够实现在电能传输功率较大时降低补偿电容对电压电流的应力大小影响，提高传输效率。

A wireless transmission system with asymmetric coupling topology

The utility model discloses a radio power transmission system with an asymmetrical coupling topology, which comprises a direct current power supply for providing continuous current, a full bridge inverter circuit for inverting current, voltage and current to produce a square wave of alternating current voltage, a primary coil circuit, a secondary coil circuit, and an asymmetrical one. A diode single-phase rectifier circuit in which the sinusoidal alternating current generated by the coupling mechanism is rectified. The full-bridge inverter circuit is connected with a DC power supply and a primary coil circuit. The secondary coil circuit is connected with a diode single-phase rectifier circuit. The secondary coil circuit in the secondary coil circuit is composed of a plurality of inductance coils in series. The asymmetrical coupling mechanism is composed of the original coil circuit and the secondary coil circuit. The utility model can reduce the influence of the compensation capacitance on the stress of the electric current when the electric power transmission power is large, and improve the transmission efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统
本技术涉及无线电能传输
，特别涉及一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统。
技术介绍
随着经济社会的迅速发展，电动汽车在逐步占领汽车领域市场份额，在电动汽车日常使用中，充电系统的安全与便捷性变得愈发重要，而感应式耦合电能传输技术很好地解决了这一问题。但是，由于原副边线圈中不同的耦合机构设计导致耦合程度高低不一，负载变化情况较多，充电场景情况复杂多变导致充电效率不佳。因此，设计良好的原副边耦合机构来提高复杂充电情况时的耦合度以及传输效率显得至关重要。本文中提出了在PP型耦合拓扑机构基础上改变电路结构增加相应的电子器件，这一耦合拓扑结构能在传输较高能量功率情况下相应地减少补偿电容对电压电流应力，符合安全高效地无线电能传输技术要求。现今大部分电动汽车通过导线进行充电，传统导线充电有着诸多不可避免的缺点，例如充电安全性、拔插产生的电泳对汽车的损害、充电便携性等诸多问题。无线电能传输技术可以实现零接触式自动充电模式，能让电源与充电桩分隔开来，这样避免了传统有线充电带来的安全性问题与对汽车的损害问题，同时也能实现对电动车进行较高功率和效率地传输。当今大多数应用无线电能传输技术的装置，采用的是感应式电能传输技术，该无线电能传输技术的基本传输原理是电磁感应原理，利用高频逆变电路将电流源提供稳定直流电流逆变为高频交流方波电流，高频交流方波经RLC谐振回路的谐振作用产生正弦交流电流，经电磁耦合作用电能由原级线圈至次级线圈(原级线圈中产生的交变电流激发产生变化的磁场，变化地磁场在次级线圈中产生交变电流)，交变电流经二极管单相整流电路变成可以对用电器供电的直流电。这一过程中耦合度的影响因素、转化效率以及转化功率等影响一直是研究的重点，所以对这些因素影响最大的耦合机构的设计一直是各大研究机构研究的重点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统,通过优化设计耦合拓扑结构实现了在电能传输功率较大时降低补偿电容对电压电流的应力大小影响，提高传输效率。为达到上述目的，本技术专利采用以下技术方案：本技术一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，包括用于提供连续电流的直流电源、用于将流电压电流进行逆变产生交变电流电压方波的全桥逆变电路、原级线圈电路、次级线圈电路、以及用于将非对称式耦合机构产生的正弦交变电流进行整流处理的二极管单相整流电路，所述全桥逆变电路与直流电源和原级线圈电路连接，所述次级线圈电路与二极管单相整流电路连接，所述次级线圈电路中的次级线圈由多个电感线圈串联而成，所述原级线圈电路与次级线圈电路构成非对称式耦合机构。作为优选的技术方案，所述全桥逆变电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3以及二极管VD4；所述三极管Q1的发射极连接与三极管Q2的集电极连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与三极管Q2的发射极连接；所述二极管VD1的阳极连接三极管Q1的发射极，阴极连接三极管Q1的集电极；所述二极管VD2的阳极连接三极管Q2的发射极，阴极连接三极管Q2的集电极；所述二极管VD3的阳极连接三极管Q3的发射极，阴极连接三极管Q3的集电极；所述二极管VD4的阳极连接三极管Q4的发射极，阴极连接三极管Q4的集电极；所述直流电源与全桥逆变电路还设有一电容C0，该电容C0一端连接至三极管Q1的集电极，另一端连接至三极管Q2的发射极。作为优选的技术方案，所述原级线圈电路包括耦合电感绕组LP、电容C1、以及电阻R1，所述耦合电感绕组LP即为电感L0，与电阻R1串联连接后，再与电容C1并联连接构成第一补偿电路。作为优选的技术方案，所述次级线圈电路包括耦合电感绕组LS、电容C2、以及负载RL，所述耦合电感绕组LS由电感L1、电感L2、电感L3、以及电感L4相互串联连接而成；所述耦合电感绕组LS、电容C2并联连接构成第二补偿电路，所述负载RL并联连接在第二补偿电路两端。作为优选的技术方案，所述二极管单相整流电路包括二极管VD5、二极管VD6、二极管VD7、二极管VD8、以及负载RN，所述二极管VD5的负极和二极管VD6的负极连接，并连接负载RN的正端；所述二极管VD7的正极和二极管VD8的正极连接，并连接负载RN的负端；所述二极管VD5的正极和二极管VD8的负极连接，连接点即为A点；所述二极管VD6的正极和二极管VD7的负极连接，连接点即为B点；所述二极管单相整流电路替换负载次级线圈电路中的负载RL，并将二极管单相整流电路的并联接入次级线圈电路，即将A、B连接点分别连接在第二补偿电路两端。本技术相对于现有技术具有如下的优点和效果：1、本技术改进了现有技术中传输功率不大、位置偏移时耦合度稳定问题，解决了当次级线圈电路发生移动时耦合度、传输效率以及接受电压电流的稳定性问题。2、本技术采用二极管单相整流电路，能够将交变电流转化为单向的半波电压电流，实现了将正弦交变电压电流转化为波形稳定的单向直流电。3、本技术采用非对称式耦合机构采用PP型耦合结构，在原级线圈中采用的并联型耦合拓扑结构能很好地缓解电路的无功补偿作用，增强能量的传输效率；在次级线圈中采用多绕组电感线圈，能够很好地使补偿电容，降低对电压电流应力的影响，增强耦合机构的抗偏时对耦合度以及传输效率的影响。附图说明图1为本实用型新的感应耦合电能传输系统的高频逆变电路原理图。图2为本技术的感应耦合电能传输系统的非对称性的耦合拓扑结构。图3为本技术的二极管单相整流电路原理图。图4为本技术的次级线圈输出电压。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细描述。如图1所示为本技术的感应耦合电能传输系统的高频逆变电路原理图，一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，包括用于提供连续电流的直流电源、用于将流电压电流进行逆变产生交变电流电压方波的全桥逆变电路、原级线圈电路、次级线圈电路、以及用于将非对称式耦合机构产生的正弦交变电流进行整流处理的二极管单相整流电路，所述全桥逆变电路与直流电源和原级线圈电路连接，所述次级线圈电路与二极管单相整流电路连接，所述次级线圈电路中的次级线圈由多个电感线圈串联而成，所述原级线圈电路与次级线圈电路构成非对称式耦合机构；在本实施例中，三极管Q1～Q4构成了高频逆变器；逆变器输出电流i连续与否可决定拓扑结构的工作模式，此电路中选择电流连续模型。如图1所示，所述全桥逆变电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3以及二极管VD4；所述三极管Q1的发射极连接与三极管Q2的集电极连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与三极管Q2的发射极连接；所述二极管VD1的阳极连接三极管Q1的发射极，阴极连接三极管Q1的集电极；所述二极管VD2的阳极连接三极管Q2的发射极，阴极连接三极管Q2的集电极；所述二极管VD3的阳极连接三极管Q3的发射极，阴极连接三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，其特征在于，包括用于提供连续电流的直流电源、用于将流电压电流进行逆变产生交变电流电压方波的全桥逆变电路、原级线圈电路、次级线圈电路、以及用于将非对称式耦合机构产生的正弦交变电流进行整流处理的二极管单相整流电路，所述全桥逆变电路与直流电源和原级线圈电路连接，所述次级线圈电路与二极管单相整流电路连接，所述次级线圈电路中的次级线圈由多个电感线圈串联而成，所述原级线圈电路与次级线圈电路构成非对称式耦合机构。

【技术特征摘要】
1.一种非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，其特征在于，包括用于提供连续电流的直流电源、用于将流电压电流进行逆变产生交变电流电压方波的全桥逆变电路、原级线圈电路、次级线圈电路、以及用于将非对称式耦合机构产生的正弦交变电流进行整流处理的二极管单相整流电路，所述全桥逆变电路与直流电源和原级线圈电路连接，所述次级线圈电路与二极管单相整流电路连接，所述次级线圈电路中的次级线圈由多个电感线圈串联而成，所述原级线圈电路与次级线圈电路构成非对称式耦合机构。2.根据权利要求1所述的非对称式耦合拓扑结构的无线电能传输系统，其特征在于，所述全桥逆变电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3以及二极管VD4；所述三极管Q1的发射极连接与三极管Q2的集电极连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的发射极与三极管Q2的发射极连接；所述二极管VD1的阳极连接三极管Q1的发射极，阴极连接三极管Q1的集电极；所述二极管VD2的阳极连接三极管Q2的发射极，阴极连接三极管Q2的集电极；所述二极管VD3的阳极连接三极管Q3的发射极，阴极连接三极管Q3的集电极；所述二极管VD4的阳极连接三极管Q4的发射极，阴极连接三极管Q4的集电极；所述直流电源与全桥逆变电路还设有一电容C0，该电容C0一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵云，蒋文俊，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：新型
国别省市：广东,44