[发明专利]利用铁磁谐振原理提高输出电压自稳定性的无线电能传输系统

说明书

本发明利用铁磁谐振原理提高输出电压自稳定性的无线电能传输系统，本发明体现在电能的接收侧。发明部分主要包括并联铁磁谐振电路和串联阻抗补偿电容。并联铁磁谐振电路包括磁饱和电抗器和与之并联的线性电容。由于磁饱和电抗器的非线性特性，当并联电压上升到某值时，饱和电抗器的电流与并联电容的电流有效值相等而相位相反，即发生了并联铁磁谐振。在本发明中，并联铁磁谐振电路的设计使得在额定输出电压范围内，并联铁磁谐振电路显感性，即越过谐振状态。串联阻抗补偿电容用来补偿接收线圈的自感电抗，补偿后的总电抗显感性。本发明能够达到输出电压的自稳定效果，并且无需任何反馈技术，无需采用开关器件，避免使用隔离电源。

技术领域

本发明提出了一种利用铁磁谐振原理提高输出电压自稳定性的无线电能传输系统，属于电力工程领域。

背景技术

无线电能传输技术是指无需导线连接便可传输电能的技术，在为移动设备充电方面，表现出很好的应用前景。但是，由于移动设备的工作特点，在每次使用无线电能传输技术进行充电时，总会使得发射线圈与接收线圈的相对位置关系存在差异，从而影响接收线圈的感应电动势和最终的输出电压。类似地，当系统偏离了原本设计好的阻抗匹配条件导致系统固有频率发生变化，或者发射电源的频率出现波动，以及负载发生改变时，也会影响接收回路的输出电压。而对大多数移动设备来说，总是希望无线电能传输系统能够为其提供稳定的工作电压。因此，如何提高无线电能传输系统抵抗由于上述原因导致的输出电压波动，是促进无线电能传输系统实用化的重要需求。

针对此需求，目前的一般方法是采用反馈技术，即根据输出电压的波动情况，来改变发射电源的输出电压。这种技术的不足之处是，需要对输出电压进行检测，并通过无线的方式反向反馈到发射侧，再通过调节逆变电源的占空比，以改变发射电源的输出电压。另一种方法是在接收侧采用可控整流技术，或者DC/DC变换技术，这些技术的反馈仅限于接收侧，无需信号的反向无线传输。但由于采用了开关器件，不可避免地要使用隔离电源，这对原本没有电源的接收侧来说是不方便的和不实际的。

为此，本发明提出了一种使用铁磁谐振原理来自动稳定无线电能传输系统输出电压的一种方法，它无需任何反馈技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明利用非线性的饱和电抗器与线性电容器构成并联铁磁谐振电路，以及接收线圈的自感电抗和串联阻抗补偿电容，来稳定输出电压。在接收侧无开关器件及其所需要的驱动系统。本发明包括并联铁磁谐振电路和与接收线圈相串联的阻抗补偿电容。并联铁磁谐振电路包括磁饱和电抗器，以及与之并联的线性电容，该电路并接于串联阻抗补偿电容的后面。系统在额定电压范围内工作时，并联铁磁谐振电路显感性，并且串联阻抗补偿后，接收线圈与串联补偿电容的总电抗也显感性。它们分压后为负载提供输出电压。由于磁饱和电抗器具有电压饱和特点，达到饱和的电抗器端电压受互感电动势波动和负载波动的影响很小，因而能够从物理原理上达到自动稳定输出电压的效果。

本发明的技术方案如下：

利用铁磁谐振原理提高输出电压自稳定性的无线电能传输系统，包括高频电能发射电源、发射端阻抗补偿电路、可分离的耦合线圈、串联阻抗补偿电容C_S、铁磁谐振电路和高频整流滤波电路。

所述的高频电能发射电源与发射端阻抗补偿电路、可分离的耦合线圈的一侧依次相连；可分离的耦合线圈的输出端接入串联阻抗补偿电容C_S，然后再接入铁磁谐振电路，铁磁谐振电路的两端与高频整流滤波电路相连。

所述的铁磁谐振电路采用磁饱和非线性电抗器和线性电容并联连接，该电路会发生铁磁谐振现象。所述的铁磁谐振电路并联于串联阻抗补偿电容C_S之后。

所述的串联阻抗补偿电容C_S，是指与接收线圈输出端串联连接的电容，用于部分地补偿接收线圈的自感电抗，以便提高接收线圈互感电动势的利用率。补偿后的总电抗仍显感性。