[发明专利]电能发射端及应用其的无线电能传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及电能发射端及应用其的无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输技术由于其方便实用的特点而广泛应用于电子产品领域，目前，实现无线电能传输的方式主要有磁感应式和磁共振式两种方式，磁感应式由于受传输距离的限制其应用场合非常有限，磁共振式无线电能传输能够实现远距离、大功率的电能传输，可以广泛应用于电子终端、电动汽车、水下、地下等用电设备的充电和供电。

磁共振式无线电能传输装置主要包括发射部分和接收部分，两者通过电磁共振原理实现能量传输的最大化。如图1所示为磁共振式无线电能传输装置的电路框图，发射部分包括有原边发射线圈Ls和谐振电容Cs组成的谐振结构，接收部分包括有副边接收线圈Ld和谐振电容Cd组成的谐振机构。为了保证无线功率能够有效传输，通常要求原副边的谐振结构的谐振点一致或非常接近，并记作系统的工作频率。

磁共振无线电能传输系统在原边线圈和副边线圈耦合程度较高时，会出现频率分叉现象，即系统的最优效率点或最大功率传输点会偏离系统的谐振频率。为了解决频率分叉现象，现有技术中通常是设置阻抗调节网络，通过改变系统参数使得系统可以仍然工作在谐振频率点。如图2所示，通过在原副边各增加一个线圈，一个输入线圈，一个输出线圈(如图2中的Lg或L_L所示)，通过手动调整输入线圈和原边线圈的耦合关系，以及输出线圈和副边线圈的耦合关系来改变系统的阻抗匹配网络，而手动的调节则明显不适用于原副边相对位置存在变化以及负载变动的情况。而且在无线电能传输中，由于原边线圈的电流存在不在系统工作频率的交流纹波，例如存在高于系统工作频率或低于系统工作频率的电流分量，这都对系统的损耗或传输效率产生影响，由于是高于系统工 作频率的电流分量，由于在发射线圈中产生很大的集肤效应，导致线圈损耗大。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了电能发射端及应用其的无线电能传输装置，其通过电流调制电路调节原边线圈的电流信号，使得通过原边线圈的电流为恒定频率恒定幅值的准正弦电流信号，并且通过频率调节电路使得所述准正弦电流信号中只包含在系统工作频率的电流分量。使得系统耦合性稳定，损耗小，传输效率高。

第一方面,依据本发明的一种电能发射端，用以向与其隔离的电能接收端传输能量，所述电能发射端包括：

电压变换器，接收电能以输出具有预设频率的高频交流电，所述预设频率与所述电能发射端和电能接收端的系统工作频率一致，

电流调制电路，接收所述高频交流电，以获得调节电流信号，所述调节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的准正弦电流信号；

电能发射部分，包括原边发射线圈，所述原边发射线圈用于接收所述调节电流信号，产生空间磁场以向所述电能接收端传输能量；

其中，所述电流调制电路包括谐振电路和频率调节电路，所述谐振电路的谐振频率与所述预设频率一致；所述频率调节电路控制所述准正弦电流信号中只包含在系统工作频率的电流分量。

进一步的，所述谐振电路包括第一电感和第一电容，

所述第一电感和所述频率调节电路串联连接在所述电压变换器的正输出端和电能发射部分第一端之间，

所述第一电容的第一端与所述电能发射部分第一端连接，第二端接所述电压变换器的负输出端；

其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述第一电容的第一端的信号作为所述调节电流信号。

进一步的，所述频率调节电路包括第二电感和第二电容，

所述第二电感和第二电容串联连接在所述第一电感的一端和第一电容的第 一端之间，或者是所述第二电感和第二电容串联连接在所述电压变换器的正输出端和所述第一电感的一端之间，或者是所述第二电感、第一电感和第二电容依次串联连接在所述电压变换器的正输出端和电能发射部分第一端之间；

所述第二电感和第二电容的谐振频率与所述预设频率一致。

第二方面，依据本发明的一种无线电能传输装置，包括相互隔离的电能发射端和电能接收端，电能发射端包括有电压变换器、电流调制电路和电能发射部分，

所述电压变换器接收电能以输出具有预设频率的高频交流电，所述预设频率与所述电能发射端和电能接收端的系统工作频率一致，

所述电流调制电路接收所述高频交流电，以获得调节电流信号，所述调节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的准正弦电流信号；