Ac/ac注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置。裝置包括雙向反激儲能單元、能量轉(zhuǎn)移單元、高頻諧振發(fā)射單元、接收端諧振單元，通過對裝置發(fā)射端拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制，實(shí)現(xiàn)裝置的脈沖式能量注入功能，使裝置以遠(yuǎn)低于諧振頻率的開關(guān)頻率向接收端傳輸能量，避免由于開關(guān)管工作頻率過高而產(chǎn)生的開關(guān)損耗，并利用雙向反激變換器工作特性，使裝置能夠直接對交流輸入電壓進(jìn)行能量采集，實(shí)現(xiàn)交流到交流的發(fā)射端能量轉(zhuǎn)移過程，優(yōu)化裝置體積與成本，增加可靠性，與此同時(shí)，采用一級AC/AC變換器不僅可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)校正而且可以減低成本，提高裝置無線能量傳輸效率，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
AC/AC注入型感應(yīng)輔合式無線能量傳輸裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，屬于無線電能 傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在感應(yīng)禪合式無線能量傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端逆變器負(fù)責(zé)產(chǎn)生諧振網(wǎng)絡(luò)線圈中所需 的高頻交流電，為了滿足諧振網(wǎng)絡(luò)高頻電流的要求，逆變器中開關(guān)管的工作頻率一般要與 諧振頻率相同，但隨著工作頻率的升高，開關(guān)管的開關(guān)損耗會導(dǎo)致整體傳輸效率的降低。為 此有研究人員提出了離散注入型的發(fā)射端控制方式，即保持輸入電壓不變，控制逆變器的 間歇性工作，使得逆變器不工作時(shí)諧振網(wǎng)絡(luò)才W自由振蕩的形式傳遞能量。運(yùn)一工作方式 雖然可W降低逆變器的開關(guān)頻率，然而它并沒有完全實(shí)現(xiàn)離散能量注入的功能。由于振蕩 電流衰減的速度與接收端負(fù)載狀況相關(guān)，當(dāng)接收端負(fù)載足夠大，使得每個諧振周期內(nèi)逆變 器注入諧振網(wǎng)絡(luò)的能量可W在一個周期內(nèi)衰減掉，則逆變器開關(guān)頻率就會與諧振頻率相 同。不僅如此，由于該方法中的能量注入是通過在諧振過程中將電源接入諧振網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)， 因此注入的能量會受到諧振網(wǎng)絡(luò)W及接收端負(fù)載狀況的影響。
[0003] 專利1:一種基于無線電能傳輸?shù)念惢疌電路，申請?zhí)?01510757137.6,該發(fā)明提供 一種基于無線電能傳輸?shù)念惢疌電路，該電路利用將直流變成高頻交流并同時(shí)完成軟開關(guān) 驅(qū)動的類化C逆變驅(qū)動模塊，在化C電路軟開關(guān)驅(qū)動下完成無線電能傳輸任務(wù)。
[0004] 專利2:復(fù)合諧振式ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，申請?zhí)?01510691216.1，該發(fā)明 提供一種復(fù)合諧振式ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，利用化C諧振網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的恒流輸 出特性和禪合機(jī)構(gòu)激勵電壓基本不受負(fù)載變化影響，并針對發(fā)射端諧振網(wǎng)絡(luò)引起的逆變器 環(huán)流問題設(shè)計(jì)了諧波抑制電路。
[0005] 上述專利雖然利用特定結(jié)構(gòu)諧振網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)諧振電流穩(wěn)定控制，但都需要逆變 器工作在高頻情況下，對系統(tǒng)電路負(fù)擔(dān)較重。一般情況下，常用的H橋式和推挽式逆變器拓 撲都只有單向阻斷能力，因此輸入只能為直流電源，而工業(yè)上應(yīng)用感應(yīng)禪合式無線能量傳 輸系統(tǒng)的場合都只能提供50/60HZ的工頻交流電源，為此在感應(yīng)禪合式無線能量傳輸系統(tǒng) 逆變器前端需要接入整流濾波模塊，W提供穩(wěn)定的直流電壓輸入。然而，由于工頻交流電頻 率較低，且電壓幅值通常會大于220V，因此整流濾波模塊里所使用的半導(dǎo)體器件和儲能元 件的體積和功率等級都會較高，運(yùn)樣不僅給系統(tǒng)增加不小的體積和成本負(fù)擔(dān)，還容易產(chǎn)生 電磁干擾，降低系統(tǒng)可靠性。另外采用傳統(tǒng)不控整流其功率因數(shù)較低，而且需要整流和逆變 兩級串聯(lián)工作，效率較低。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提出了一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無 線能量傳輸裝置。主要目的是通過對系統(tǒng)發(fā)射端拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的脈沖 式能量注入功能，使系統(tǒng)W遠(yuǎn)低于諧振頻率的開關(guān)頻率向接收端傳輸能量，避免由于開關(guān) 管工作頻率過高而產(chǎn)生的開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)無線能量傳輸效率，并利用雙向反激儲能單 元工作特性，使系統(tǒng)能夠直接對交流輸入電壓進(jìn)行能量采集，實(shí)現(xiàn)交流到交流的發(fā)射端能 量轉(zhuǎn)移過程，優(yōu)化系統(tǒng)體積與成本，增加可靠性，同時(shí)采用一級AC/AC變換器不僅可W實(shí)現(xiàn) 單位功率因數(shù)校正而且可W減低成本，提高系統(tǒng)效率。
[0007] 本實(shí)用新型的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，包 括雙向反激儲能單元、能量轉(zhuǎn)移單元、高頻諧振發(fā)射單元、接收端諧振單元；
[0009] 雙向反激儲能單元包括雙向開關(guān)支路、變壓器T;變壓器T的原邊線圈^和原邊線 圈L2分別與在雙向開關(guān)支路的兩個支路串聯(lián)；
[0010] 能量轉(zhuǎn)移單元位于雙向反激儲能單元和高頻諧振發(fā)射單元之間；
[0011] 交流電源向雙向反激儲能單元提供注入能量，雙向反激儲能單元與能量轉(zhuǎn)移單元 相連接，再與高頻諧振發(fā)射單元相連，高頻諧振發(fā)射單元通過發(fā)射線圈Lt與接收線圈k的禪 合諧振向接收端諧振單元傳輸能量，接收端諧振單元接收能量并向負(fù)載阻抗化供電。
[0012] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述雙向反激儲能單元的雙向開關(guān)支路由開關(guān)管Si、二極管化和開關(guān)管S2、二極管化組成，所 述變壓器T包括原邊線圈b和原邊線圈L2、副邊線圈L3、磁忍;開關(guān)管Si連接在二極管化正極 和地之間，開關(guān)管S2連接在二極管化負(fù)極和地之間；變壓器T原邊線圈^和原邊線圈L2串聯(lián)， 并分別連接在二極管化負(fù)極、二極管化正極與交流電源一端之間，交流電源另一端與地相 連;變壓器T原邊線圈^和原邊線圈L2通過變壓器磁忍與副邊線圈L3禪合傳輸能量。
[0013] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述雙向反激儲能單元，通過控制兩個開關(guān)管Si和開關(guān)管S2，輸入電流經(jīng)過功率因數(shù)校正，跟 蹤輸入電壓相位，即與輸入電壓同相，并成正弦規(guī)律變化，裝置所需傳輸?shù)哪芰看笮Q定輸 入電流的幅值。
[0014] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述能量轉(zhuǎn)移單元包括二極管〇3、開關(guān)管S3;二極管化正極與變壓器巧購線圈L3-端相連，二 極管化負(fù)極與開關(guān)管S3功率端相連。
[0015] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述高頻諧振發(fā)射單元包括發(fā)射線圈Lt、發(fā)射補(bǔ)償電容打、發(fā)射線圈電阻Rt;發(fā)射線圈Lt與發(fā) 射線圈電阻Rt串聯(lián)，然后并聯(lián)在發(fā)射補(bǔ)償電容Ct兩端。
[0016] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述接收端諧振單元包括接收線圈k、接收補(bǔ)償電容Cr、整流模塊、負(fù)載濾波電容Cl、負(fù)載阻抗 Rl;接收線圈以、接收補(bǔ)償電容Cr組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，并與整流模塊和負(fù)載濾波電容Cl相并 聯(lián)，最后接入負(fù)載阻抗化;發(fā)射線圈Lt與接收線圈k的禪合系數(shù)為K。
[0017] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，根 據(jù)系統(tǒng)中開關(guān)狀態(tài)的不同，電路工作過程具體包括五個模態(tài)，實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0018] 步驟A:開關(guān)管S2開通，開關(guān)管S3關(guān)斷，能量轉(zhuǎn)移單元將雙向反激儲能單元和高頻諧 振發(fā)射單元分隔，雙向反激儲能單元和高頻諧振發(fā)射單元互相隔離，獨(dú)立工作，雙向反激儲 能單元從交流電源收集能量對原邊線圈L2充電，與此同時(shí)，高頻諧振發(fā)射單元中的能量W 自由振蕩的形式向與之禪合的接收線圈以進(jìn)行傳遞，此為模態(tài)1;
[0019] 步驟B:雙向反激儲能單元的控制器向開關(guān)管S2發(fā)出關(guān)斷信號，然而為了保證變壓 器T中儲存的能量可W完全轉(zhuǎn)移到高頻諧振發(fā)射單元中，能量注入必須發(fā)生在高頻諧振發(fā) 射單元中的補(bǔ)償電容Ct電壓過零且電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向的時(shí)刻后，因此該模態(tài)下開關(guān)狀 態(tài)不會有變化；
[0020] 步驟C:當(dāng)符合模態(tài)2中所述能量注入條件時(shí)，首先將開關(guān)管S3開通，打開能量注入 通路，雙向反激儲能單元和高頻諧振發(fā)射單元形成連接，變換器T中能量通過開關(guān)管S3注入 到高頻諧振發(fā)射單元中，此為模態(tài)3;
[0021 ]步驟D:經(jīng)過一個短暫延時(shí)確保開關(guān)管S3穩(wěn)定導(dǎo)通后，將開關(guān)管S2關(guān)斷，原邊線圈L2 中儲存的能量向副邊線圈L3轉(zhuǎn)移;能量轉(zhuǎn)移完成后，副邊線圈L3、發(fā)射線圈Lt、發(fā)射補(bǔ)償電容 Ct構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)，并且副邊線圈L3在半個諧振周期內(nèi)完成放電，此為模態(tài)4;
[0022] 步驟E:副邊線圈L3放電完畢后，開關(guān)管S3關(guān)斷，雙向反激儲能單元和諧振網(wǎng)絡(luò)重新 斷開，注入的能量通過諧振網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩?，此為模態(tài)5，當(dāng)開關(guān)管S2再次開通時(shí)，系統(tǒng)回 到模態(tài)1。
[0023] 本實(shí)用新型提出一種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所 述的系統(tǒng)五個工作模態(tài)，是交流電源輸出為正時(shí)裝置工作的五個模態(tài)，由于裝置在交流電 源輸出電壓為正和為負(fù)時(shí)是完全對稱的，因此當(dāng)交流電源的輸出為負(fù)時(shí)，開關(guān)管S2保持關(guān) 斷，開關(guān)管Si執(zhí)行如上所述的各步驟中開關(guān)管S2的動作來實(shí)現(xiàn)能量輸出。
[0024] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0025] 本實(shí)用新型利用能量轉(zhuǎn)移單元將雙向反激儲能單元和高頻諧振發(fā)射單元分隔，使 兩者在工作時(shí)互不干擾。
[0026] 本實(shí)用新型通過對系統(tǒng)發(fā)射端拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的脈沖式能量 注入功能。
[0027] 本實(shí)用新型使系統(tǒng)W遠(yuǎn)低于諧振頻率的開關(guān)頻率向接收端傳輸能量，避免由于開 關(guān)管工作頻率過高而產(chǎn)生的開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)無線能量傳輸效率。
[0028] 本實(shí)用新型利用雙向反激儲能單元工作特性，使系統(tǒng)能夠直接對交流輸入電壓進(jìn) 行能量采集，實(shí)現(xiàn)交流到交流的發(fā)射端能量轉(zhuǎn)移過程，優(yōu)化系統(tǒng)體積與成本，增加可靠性， 具有應(yīng)用價(jià)值。
[0029] 本實(shí)用新型的一個效果在于在控制輸入能量的同時(shí)，還可W直接實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校 正功能，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)效率。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本實(shí)用新型中AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0031] 圖2是本實(shí)用新型中AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置拓?fù)鋱D；
[0032] 圖3是本實(shí)用新型中AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置功率因數(shù)校正的 輸入電流電壓波形圖，其中(a)為電壓波形圖，（b)為電流波形圖；
[0033] 圖4是本實(shí)用新型中AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置的五個工作模態(tài) 示意圖，（a)表示模態(tài)1和模態(tài)2，（b)表示模態(tài)3，（c)表示模態(tài)4，（d)表示模態(tài)5;
[0034] 圖5是本實(shí)用新型中AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置五個工作模態(tài)對 應(yīng)的理想電壓電流波形圖；
[0035] 附圖中，各標(biāo)號所代表的部件：1、雙向反激儲能單元I 2、能量轉(zhuǎn)移單元3、高頻諧 振發(fā)射單元4、接收端諧振單元4 5、交流電源6、開關(guān)管Si 7、二極管化8、開關(guān)管S2 9、二 極管化10、變壓器T 11、原邊線圈^ 12、原邊線圈L2 13、副邊線圈L3 14、二極管化15、開關(guān) 管S3 16、發(fā)射線圈Lt 17、發(fā)射補(bǔ)償電容Ct 18、發(fā)射線圈電阻化19、接收線圈以20、接收補(bǔ) 償電容Cr 21、整流模塊22、負(fù)載濾波電容Cl 23、負(fù)載阻抗化。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 實(shí)施例：
[0037] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，包括雙向反激儲能 單元1、能量轉(zhuǎn)移單元2、高頻諧振發(fā)射單元3、接收端諧振單元4;
[0038] 雙向反激儲能單元1包括雙向開關(guān)支路、變壓器T10,變壓器TlO的原邊線圈bll和 原邊線圈L212分別與雙向開關(guān)支路的兩個支路串聯(lián)；
[0039] 能量轉(zhuǎn)移單元2位于雙向反激儲能單元1和高頻諧振發(fā)射單元3之間；
[0040] 交流電源5向雙向反激儲能單元1提供注入能量，雙向反激儲能單元1與能量轉(zhuǎn)移 單元2相連接，再與高頻諧振發(fā)射單元3相連，高頻諧振發(fā)射單元3通過發(fā)射線圈Lt 16與接 收線圈k 19的禪合諧振向接收端諧振單元4傳輸能量，接收端諧振單元4接收能量并向負(fù) 載阻抗化23供電，AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置結(jié)構(gòu)框圖和具體電路拓?fù)浞?別如圖1、圖2所示。
[0041 ] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述雙向反激儲能 單元1的雙向開關(guān)支路由開關(guān)管Si6、二極管化7和開關(guān)管S28、二極管化9組成，所述變壓器 TlO包括原邊線圈bll和原邊線圈L212、副邊線圈L313、磁忍;開關(guān)管Si6連接在二極管Di7正 極和地之間，開關(guān)管扔8連接在二極管化9負(fù)極和地之間；變壓器TlO原邊線圈^11和原邊線 圈L212串聯(lián)，并分別連接在二極管Di7負(fù)極、二極管D29正極與交流電源5-端之間，交流電源 5另一端與地相連；變壓器TlO原邊線圈^11和原邊線圈L212通過變壓器磁忍與副邊線圈 L313禪合傳輸能量。
[0042] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述雙向反激儲能 單元1，通過控制兩個開關(guān)管Si6和開關(guān)管S28,使輸入電流成正弦規(guī)律變化，并且與輸入電壓 同相位，輸入電流的幅值由所需傳輸?shù)哪芰看笮Q定，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，并提高系統(tǒng) 效率，對應(yīng)的輸入電壓電流波形如圖3所示，可W看出輸入電流與輸入電壓同相位，而且輸 入電流平均值為正弦波。
[0043] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)移單元 2包括二極管化14、開關(guān)管S315;二極管化14正極與變壓器TlO副邊線圈L313-端相連，二極 管化14負(fù)極與開關(guān)管S315功率端相連。
[0044] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)移單元 2將雙向反激儲能單元1和高頻諧振發(fā)射單元3分隔，使兩者在工作時(shí)互不干擾;開關(guān)管S315 處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，雙向反激儲能單元1和高頻諧振發(fā)射單元3互相隔離，獨(dú)立工作，雙向反激 儲能單元1從交流電源5收集能量并儲存到變壓器TlO的磁忍中，與此同時(shí)，高頻諧振發(fā)射單 元3中的能量W自由振蕩的形式向與之禪合的接收線圈k 19進(jìn)行傳遞;開關(guān)管S315處于導(dǎo) 通狀態(tài)時(shí)，雙向反激儲能單元1和高頻諧振發(fā)射單元3形成連接，變換器T中能量通過S3注入 到高頻諧振發(fā)射單元3中。
[0045] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述高頻諧振發(fā)射 單元3包括發(fā)射線圈Lt 16、發(fā)射補(bǔ)償電容Ct 17、發(fā)射線圈電阻Rt 18;發(fā)射線圈Lt 16與發(fā)射 線圈電阻Rt 18串聯(lián)，然后并聯(lián)在發(fā)射補(bǔ)償電容Ct 17兩端。
[0046] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述接收端諧振單 元4包括接收線圈k 19、接收補(bǔ)償電容Cr20、整流模塊21、負(fù)載濾波電容Cl22、負(fù)載阻抗 化23;接收線圈以19、接收補(bǔ)償電容Cr20組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，并與整流模塊21和負(fù)載濾波 電容Cl22相并聯(lián)，最后接入負(fù)載阻抗Rl23;發(fā)射線圈Lt 16與接收線圈k 19的禪合系數(shù)為K。
[0047] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，當(dāng)交流電源5輸出 正電壓時(shí)，開關(guān)管Si6保持關(guān)斷，通過控制開關(guān)管扔8的開通或關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)能量輸出；當(dāng)交流 電源5輸出負(fù)電壓時(shí)，開關(guān)管&8保持關(guān)斷，通過控制開關(guān)管Si6的開通或關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)能量輸 出。
[0048] -種AC/AC注入型感應(yīng)禪合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，根據(jù)系統(tǒng)中開關(guān)狀 態(tài)的不同，電路工作過程具體包括五個模態(tài)，每個模態(tài)示意圖如圖4所示，對應(yīng)的理想電壓 電流波形如圖5所示，實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0049] 步驟A:開關(guān)管&8開通，開關(guān)管S315關(guān)斷，雙向反激儲能單元1從交流電源5收集能 量對原邊電感L2充電，原邊電感L2上電流變化可由公式(1)描述，與此同時(shí)，高頻諧振發(fā)射單 元3中的能量W自由振蕩的形式向與之禪合的接收線圈k 19進(jìn)行傳遞，此為模態(tài)1;
[00 加]
(1)
[0051] 其中，Vin為暫態(tài)輸入電壓，由于雙向反激儲能單元1的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交流電壓 源50化的工作頻率，因此在一個開關(guān)周期內(nèi)可W視Vin保持不變；
[0052] 步驟B:雙向反激儲能單元1的控制器向開關(guān)管扔8發(fā)出關(guān)斷信號，然而為了保證變 壓器TlO中儲存的能量可W完全轉(zhuǎn)移到高頻諧振發(fā)射單元3中，能量注入必須發(fā)生在高頻諧 振發(fā)射單元3中的補(bǔ)償電容Ct電壓過零且電流方向?yàn)閳D4(b)所示的時(shí)刻后，因此該模態(tài)下 開關(guān)狀態(tài)不會有變化，此為模態(tài)2;
[0053] 步驟C:當(dāng)符合模態(tài)2中所述能量注入條件時(shí)，首先將S315開通，打開能量注入通 路，雙向反激儲能單元1和高頻諧振發(fā)射單元3形成連接，變換器T中能量通過開關(guān)管S315 注入到高頻諧振發(fā)射單元3中，此為模態(tài)3;
[0054] 步驟D:經(jīng)過一個短暫延時(shí)確保開關(guān)管S315穩(wěn)定導(dǎo)通后，將開關(guān)管&8關(guān)斷，基于磁 勢平衡原理，原邊線圈L212中儲存的能量向副邊線圈L313轉(zhuǎn)移，忽略漏感，可W得到兩者電 流之間的關(guān)系如公式(2)所示;能量轉(zhuǎn)移完成后，副邊線圈L313、發(fā)射線圈Lt 16、發(fā)射補(bǔ)償電 容Ct構(gòu)17成諧振網(wǎng)絡(luò)，并且副邊線圈L313在半個諧振周期內(nèi)完成放電，此為模態(tài)4;
[0055]
2)
[0056] 其中化和化分別為原邊線圈L212和副邊線圈L313的線圈應(yīng)數(shù)；
[0057] 步驟E:副邊線圈L313放電完畢后，開關(guān)管S315關(guān)斷，雙向反激儲能單元1和諧振網(wǎng) 絡(luò)重新斷開，注入的能量通過諧振網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩耍藶槟B(tài)5,當(dāng)開關(guān)管S28再次開通 時(shí)，系統(tǒng)回到模態(tài)1。
[0058] 所述的系統(tǒng)五個工作模態(tài)，由于系統(tǒng)在交流電源5輸出電壓為正和為負(fù)時(shí)是完全 對稱的，因此假設(shè)交流電源5輸出為正，開關(guān)管Si6保持關(guān)斷，通過控制開關(guān)管&8的開通或關(guān) 斷來實(shí)現(xiàn)能量輸出；當(dāng)交流電源5的輸出為負(fù)時(shí)，開關(guān)管&8保持關(guān)斷，通過控制開關(guān)管Si6的 開通或關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)能量輸出，開關(guān)管Si6重復(fù)如上所述的各步驟中開關(guān)管S2的動作。
[0059] 本實(shí)用新型的上述實(shí)施例可W看出，利用能量轉(zhuǎn)移單元2將雙向反激儲能單元1和 高頻諧振發(fā)射單元3分隔，使兩者在工作時(shí)互不干擾，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的脈沖式能量注入功能， 使系統(tǒng)W遠(yuǎn)低于諧振頻率的開關(guān)頻率向接收端傳輸能量，避免由于開關(guān)管工作頻率過高而 產(chǎn)生的開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)無線能量傳輸效率，與此同時(shí)，利用雙向反激儲能單元1工作特 性，使系統(tǒng)能夠直接對交流輸入電壓進(jìn)行能量采集，實(shí)現(xiàn)交流到交流的發(fā)射端能量轉(zhuǎn)移過 程，優(yōu)化了系統(tǒng)體積與成本，增加了系統(tǒng)可靠性。
[0060] W上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用W限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于，包括雙向反激儲能單 元(1)、能量轉(zhuǎn)移單元(2)、高頻諧振發(fā)射單元(3)、接收端諧振單元(4); 雙向反激儲能單元（1)包括雙向開關(guān)支路、變壓器T(10)，變壓器T(10)的原邊線圈U (11)和原邊線圈L2(12)分別與雙向開關(guān)支路的兩個支路串聯(lián)； 能量轉(zhuǎn)移單元(2)位于雙向反激儲能單元(1)和高頻諧振發(fā)射單元(3)之間； 交流電源(5)向雙向反激儲能單元（1)提供注入能量，雙向反激儲能單元（1)與能量轉(zhuǎn) 移單元(2)相連接，再與高頻諧振發(fā)射單元(3)相連，高頻諧振發(fā)射單元(3)通過發(fā)射線圈LT (16)與接收線圈Lr(19)的耦合諧振向接收端諧振單元(4)傳輸能量，接收端諧振單元接收 能量并向負(fù)載阻抗Rl (23)供電。2. 如權(quán)利要求1所述的一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于， 所述雙向反激儲能單元(1)的雙向開關(guān)支路由開關(guān)管SK6)、二極管DK7)和開關(guān)管&(8)、二 極管D 2(9)組成，所述變壓器T(10)包括原邊線圈LK11)和原邊線圈L2(12)、副邊線圈L3 (13)、磁芯;開關(guān)管SK6)連接在二極管DK7)正極和地之間，開關(guān)管S2(8)連接在二極管D2 (9)負(fù)極和地之間;變壓器T(10)原邊線圈1^(11)和原邊線圈L2(12)串聯(lián)，并分別連接在二極 管〕"？）負(fù)極、二極管D 2(9)正極與交流電源(5) -端之間，交流電源(5)另一端與地相連;變 壓器T(10)原邊線圈1^(11)和原邊線圈L2(12)通過變壓器磁芯與副邊線圈L 3(13)耦合傳輸 能量。3. 如權(quán)利要求1所述的一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于， 所述的雙向反激儲能單元，通過控制兩個開關(guān)管&(6)和開關(guān)管&(8)，輸入電流經(jīng)過功率因 數(shù)校正，跟蹤輸入電壓相位，即與輸入電壓同相，并成正弦規(guī)律變化，裝置所需傳輸?shù)哪芰?大小決定輸入電流的幅值。4. 如權(quán)利要求1所述的一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于， 所述能量轉(zhuǎn)移單元(2)包括二極管D3(14)、開關(guān)管&(15);二極管D 3(14)正極與變壓器T(10) 副邊線圈L3(13)-端相連，二極管D3(14)負(fù)極與開關(guān)管&(15)功率端相連。5. 如權(quán)利要求1所述的一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于， 所述高頻諧振發(fā)射單元（3)包括發(fā)射線圈L T(16)、發(fā)射補(bǔ)償電容CT(17)、發(fā)射線圈電阻RT (18);發(fā)射線圈Lt(16)與發(fā)射線圈電阻RT(18)串聯(lián)，然后并聯(lián)在發(fā)射補(bǔ)償電容Ct(17)兩端。6. 如權(quán)利要求1所述的一種AC/AC注入型感應(yīng)耦合式無線能量傳輸裝置，其特征在于， 所述接收端諧振單元(4)包括接收線圈Lr (19)、接收補(bǔ)償電容Cr(20)、整流模塊(21)、負(fù)載濾 波電容Cl(22)、負(fù)載阻抗RL(23);接收線圈L r(19)、接收補(bǔ)償電容Cr(20)組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)， 并與整流模塊(21)和負(fù)載濾波電容α (22)相并聯(lián)，最后接入負(fù)載阻抗RU 2 3);發(fā)射線圈LT (16)與接收線圈Lr(19)的耦合系數(shù)為K。
【文檔編號】H02M1/42GK205610356SQ201620095262
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】冬雷, 鞠興龍, 王亞楠
【申請人】北京動力京工科技有限公司, 冬雷