[发明专利]一种感应耦合式电能量无线传输装置及传输方法

说明书

技术领域：

本发明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一种感应耦合式电能量无线传输装置及传输方法。

背景技术：

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。文献《Stability and control of inductively coupled power transfer systems》(IEEE Proceedings-Electric Power Applications,2000,147(1),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CN201110283083.6提出了一种采用相控电容、专利CN201310066463.3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.40 No.1，2011年1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想。

发明内容

本发明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。

本发明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。