專利名稱：感應耦合式無線電能傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電能傳輸裝置，特別涉及一種感應耦合式無線電能傳輸裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)的電能的傳輸主要是由導線直接接觸進行傳輸?shù)?，電源與負載之間必須要有直接的物理連接。感應耦合式無線電能傳輸裝置是一種基于電磁感應耦合理論、現(xiàn)代電力電子能量變換技術及控制理論的新型電能傳輸模式，具體表現(xiàn)為可以實現(xiàn)供電線路和用電電器設備之間的非物理連接而進行能量傳輸，即“無線供電”。因此可以克服傳統(tǒng)導線供電方式所具有的電擊、火花、磨損等缺陷，具有安全和可靠等特點。
“無線供電”應用領域廣泛，覆蓋各種功率等級，小到人造器官、日用電器、機器人；大到移動機電設備、電動汽車、磁懸浮列車。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有軟開關，輸出穩(wěn)定，供電線路與用電設備無接觸的感應耦合式無線電能傳輸裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種感應耦合式無線電能傳輸裝置，包括能量發(fā)送器，無接觸變壓器和能量接收器，所述能量發(fā)送器包括整流濾波電路、高頻逆變電路和用于產(chǎn)生合適頻率和脈寬信號的控制電路，輸入的工頻市電首先經(jīng)整流濾波電路產(chǎn)生高壓直流供給高頻逆變電路，高頻逆變電路將電能轉換成高頻交流電輸出到無接觸變壓器初級端；無接觸變壓器的初、次級磁芯為彼此分隔，線圈分別繞制在對應磁芯上；能量接收器包括補償電路、整流濾波電路和用于控制電流或電壓穩(wěn)定輸出的PWM控制電路，補償電路接收到無接觸變壓器次級端感應耦合的能量后經(jīng)過整流濾波電路和PWM控制電路形成穩(wěn)定輸出。
所述的高頻逆變電路采用半橋逆變結構，該電路還設有用于降低開關損耗的諧振軟開關。
所述的無接觸變壓器的初、次級磁芯為兩者以中心軸對稱的圓形磁芯、兩者左右對稱的E型或U型磁芯。
所述能量接收器的補償電路利用LC高頻振蕩原理，在無接觸變壓器的次級繞組上串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)電容。
所述能量接收器為PWM技術控制的buck型降壓電路。
所述的能量接收器的輸出端還設置用于為交流負載供電的直流逆變電路。
與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、能量發(fā)送端使用半橋逆變結構，結構簡單，能量等級適當；2、半橋結構利用無接觸變壓器漏感，構成諧振環(huán)節(jié)，實現(xiàn)軟開關，能很好提高效率。3、無接觸變壓器結構選擇恰當，移動靈活；4、能量接收端使用PWM技術控制的buck型降壓電路，輸出穩(wěn)定，反應快速。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框圖；
圖2是本發(fā)明的能量發(fā)送器主電路原理圖；圖3是本發(fā)明的能量接受器補償電路原理圖；圖4是本發(fā)明的能量接受器PWM控制的buck型降壓電路圖。
具體實施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的整體原理框圖，能量發(fā)送端1包括整流濾波電路、高頻逆變電路、控制電路和驅(qū)動電路，將輸入的工頻市電經(jīng)過整流濾波，產(chǎn)生的高壓直流供給高頻逆變裝置，然后通過半橋變換器將電能轉換成高頻交流電，輸入到無接觸變壓器端，其中控制電路產(chǎn)生合適的頻率和脈寬信號，以滿足半橋變換器的諧振要求，改善波形，提高性能和效率，再通過驅(qū)動電路調(diào)節(jié)放大并且隔離控制信號，使之足以穩(wěn)定驅(qū)動半橋結構的上下兩個開關管。無接觸變壓器2的初次級繞組分別繞制在被彼此分隔的初次級磁芯上，通過感應耦合，實現(xiàn)電能無線傳輸；能量接收端3包括補償電路、整流濾波電路和PWM控制電路，該接收端根據(jù)負載具體需求，調(diào)節(jié)接收到的能量，以適應負載所需。
如圖2所示，為本發(fā)明的能量發(fā)送器主電路原理圖，其中的高頻逆變電路采用半橋結構，電路中電解電容14和電解電容15提供穩(wěn)定的直流電壓，控制電路產(chǎn)生滿足電路實現(xiàn)諧振軟開關的頻率和脈寬信號，驅(qū)動電路把控制信號隔離，并放大到足以穩(wěn)定驅(qū)動上下兩個開關管11和12，開關管11和12的在不同時刻的導通，提供給無接觸變壓器初級21高頻的交流電能，通過引入電容13，利用無接觸變壓器初級21的漏電感，實現(xiàn)諧振軟開關，降低開關損耗，提高裝置的效率。
如圖3所示，無接觸變壓器初級21和次級22之間沒有機械電氣連接，通過高頻電磁波傳遞能量。無接觸變壓器具有較大的氣隙或其他較低導磁特性的介質(zhì)，變壓器初、次級之間的耦合程度較小，為了提高系統(tǒng)的功率傳輸能力，初級繞組需采用高頻交流電壓驅(qū)動；另外由于其間具有較大的氣隙或其他較低導磁特性的介質(zhì)，相應的有較大的漏感，因此雖然初級增加了諧振環(huán)節(jié)，輸出性能依然較低，所以次級能量接收端引入補償環(huán)節(jié)，可以提高輸出電壓和功率，提高能量傳輸性能，減小損耗，提高效率。具體的形式是利用LC高頻振蕩原理，在次級繞組串聯(lián)電容31。另外，根據(jù)負載恒流或恒壓需求的不同，也可采用在次級繞組并聯(lián)電容補償或串并聯(lián)電容補償。
能量接收器與變壓器次級連接，具有可靈活移動的特點，發(fā)送器和接收器之間相對獨立(無機械、電氣連接)，但又通過無接觸變壓器的磁場耦合具有能量相關性。根據(jù)能量發(fā)送和接收裝置所需的具體形式，可選用不同結構的磁芯當初次級保持相對禁止或者旋轉狀態(tài)時，使用以中心軸對稱的圓形磁芯；當初次級保持相對禁止或者水平移動時，使用左右對稱的E型或U型磁芯；當初級固定，次級移動時，初級使用環(huán)形導線發(fā)送能量，次級在環(huán)形導線范圍內(nèi)移動，并接收能量。
如圖4所示，能量接收器由補償電路、輸出整流濾波電路和PWM控制電路構成，其主電路為Buck型降壓電路。通過無接觸變壓器22接受到能量，經(jīng)過電容31補償環(huán)節(jié)后，再經(jīng)過整流和LC濾波成直流，利用脈寬調(diào)制(PWM)技術，調(diào)節(jié)開關管32的導通時間，最后經(jīng)過二極管33的續(xù)流和LC濾波，形成穩(wěn)定的電壓或電流輸出，提供負載所需的電能量。
根據(jù)負載具體需求，若為直流負載，則將次級高頻電流經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)后為負載供電；若為交流負載，則還需對整流后的直流再逆變?yōu)樗桀l率和幅值的交流信號。
權利要求
1.一種感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于包括能量發(fā)送器，無接觸變壓器和能量接收器，所述能量發(fā)送器包括整流濾波電路、高頻逆變電路和用于產(chǎn)生合適頻率和脈寬信號的控制電路，輸入的工頻市電首先經(jīng)整流濾波電路產(chǎn)生高壓直流供給高頻逆變電路，高頻逆變電路將電能轉換成高頻交流電輸出到無接觸變壓器初級端；無接觸變壓器的初、次級磁芯為彼此分隔，線圈分別繞制在對應磁芯上；能量接收器包括補償電路、整流濾波電路和用于控制電流或電壓穩(wěn)定輸出的PWM控制電路，補償電路接收到無接觸變壓器次級端感應耦合的能量后經(jīng)過整流濾波電路和PWM控制電路形成穩(wěn)定輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于所述的高頻逆變電路采用半橋逆變結構，該電路還設有用于降低開關損耗的諧振軟開關。
3.根據(jù)權利要求1所述的感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于所述的無接觸變壓器的初、次級磁芯為兩者以中心軸對稱的圓形磁芯、兩者左右對稱的E型或U型磁芯。
4.根據(jù)權利要求1所述的感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于所述能量接收器的補償電路為在無接觸變壓器的次級繞組上串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)電容。
5.根據(jù)權利要求1所述的感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于能量接收器為PWM技術控制的buck型降壓電路。
6.根據(jù)權利要求1所述的感應耦合式無線電能傳輸裝置，其特征在于所述的能量接收器的輸出端還設置用于為交流負載供電的直流逆變電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種感應耦合式無線電能傳輸裝置，包括能量發(fā)送器，無接觸變壓器和能量接收器，能量發(fā)送器包括整流濾波電路、高頻逆變電路和用于產(chǎn)生合適頻率和脈寬信號的控制電路，輸入的工頻市電經(jīng)整流濾波電路產(chǎn)生高壓直流供給高頻逆變電路，高頻逆變電路將電能轉換成高頻交流電輸出到無接觸變壓器初級端；無接觸變壓器的初、次級磁芯為彼此分隔，線圈分別繞制在對應磁芯上；能量接收器包括補償電路、整流濾波電路和用于控制電流或電壓穩(wěn)定輸出的PWM控制電路，補償電路接收到無接觸變壓器次級端感應耦合的能量后經(jīng)過整流濾波電路和PWM控制電路形成穩(wěn)定輸出。本發(fā)明具有軟開關，輸出穩(wěn)定，實現(xiàn)供電線路與用電設備無接觸的感應耦合式電能傳輸。
文檔編號H01F38/14GK1996711SQ200610124129
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權日2006年12月8日
發(fā)明者杜貴平, 盛松濤, 張波, 李樹強 申請人:廣州電器科學研究院