CN116683655B

CN116683655B - 一种不对称绝缘层电容式耦合器及无线电能传输系统

Info

Publication number: CN116683655B
Application number: CN202310962384.4A
Authority: CN
Inventors: 荣恩国; 孙盼; 吴旭升; 杨刚; 张筱琛; 王蕾; 梁彦; 沈昊旻; 王乐宇
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2023-08-02
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2023-11-07
Anticipated expiration: 2043-08-02
Also published as: CN116683655A

Abstract

本发明公开了一种不对称绝缘层电容式耦合器及无线电能传输系统。所述不对称绝缘层电容式耦合器包括：耦合器发射端，包括第一绝缘腔体和设置于第一平面的第一极板、第二极板，所述第一绝缘腔体用于采用绝缘材料包裹所述第一极板和所述第二极板；与所述耦合器发射端相对设置的耦合器接收端，包括第二绝缘腔体和设置于第二平面的第三极板、第四极板，所述第二绝缘腔体用于采用绝缘材料包裹所述第三极板和所述第四极板；所述第一绝缘腔体、所述第二绝缘腔体采用不对称绝缘层结构。本发明能够提升电能传输效率，降低电场安全距离。

Description

一种不对称绝缘层电容式耦合器及无线电能传输系统

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，更具体地，涉及一种不对称绝缘层电容式耦合器及无线电能传输系统。

背景技术

近年来，随着电池和电控技术的快速发展，纯电动船舶的应用越来越广泛。与传统燃油船舶相比，电动船舶具有动力强、运行维护成本低、对环境污染更小的优点。但是船舶充电成为一个新的问题，传统的有线充电方式存在线缆粗重、需要人力搬运、充电触点易磨损和漏水等问题。因此水下无线电能传输技术是一个很好的电动船舶充电解决方案。

根据耦合方式不同，无线电能传输技术可以分为磁场式和电场式两种。其中磁场式无线输电又叫做感应式无线输电（Inductive power transfer, IPT），电场式无线输电又叫做电容式无线输电（Capacitive power transfer, CPT）。由于IPT系统的耦合器需要线圈、铁氧体、屏蔽体等结构，因此重量、成本较高，且难以实现防水密封，同时在水下更难承受水的压力。而CPT系统的耦合器只需要两对极板及其绝缘层即可实现传输，不仅重量、成本较低，而且容易实现防水，同时能够承受更高的水压。因此CPT非常适用于电动船舶的水下无线充电。

然而，传统的水下CPT系统存在两大问题。第一是传输效率偏低，其主要原因是耦合器的电容耦合系数较低；第二是电场安全距离较大，其主要原因是极板电压高导致的电场辐射现象。

现有技术中提出了六板式耦合器结构，即分别在发射侧和接收侧的两对极板之外再各添加一块屏蔽板，这样电场就被限制在了两块屏蔽板之间，有效地减小了电场安全距离。不过六板式耦合器增加了两块金属屏蔽板，因此成本和重量随之增加，更重要的是，六板式结构也显著降低了耦合器的耦合系数，导致系统传输效率进一步降低。

现有技术还提出了层叠式电容耦合器，与水平式耦合器相比，其水平方向占地面积更小，但是交叉耦合效应也更显著，导致了其耦合系数较低。即使在层叠式电容耦合器同侧两块极板之间填充比传输介质相对介电常数低的介质，形成混合介质层叠式耦合器，其耦合系数还是低于水平式耦合器。而且层叠式耦合器无法屏蔽电场，造成了很强的电场辐射。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种不对称绝缘层电容式耦合器及无线电能传输系统，能够提升电能传输效率，降低电场安全距离。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种不对称绝缘层电容式耦合器，包括：

耦合器发射端，包括第一绝缘腔体和设置于第一平面的第一极板、第二极板，所述第一绝缘腔体用于采用绝缘材料包裹所述第一极板和所述第二极板；

与所述耦合器发射端相对设置的耦合器接收端，包括第二绝缘腔体和设置于第二平面的第三极板、第四极板，所述第二绝缘腔体用于采用绝缘材料包裹所述第三极板和所述第四极板；

所述第一绝缘腔体面向所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度小于远离所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度；

所述第二绝缘腔体面向所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度小于远离所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度。

进一步地，所述第一绝缘腔体面向所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与所述第二绝缘腔体面向所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同，所述第一绝缘腔体远离所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与所述第二绝缘腔体远离所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同。

进一步地，将所述第一绝缘腔体面向所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度记为d_t1，将所述第一绝缘腔体远离所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度记为记为d_t3，d_t3为d_t1的9~21倍。

进一步地，所述第一极板和所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板均为正方形且面积相同，所述第一极板与所述第三极板正对，所述第二极板与所述第四极板正对，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体的形状和面积相同，且所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体正对。

进一步地，所述第一极板、所述第二极板距离所述第一绝缘腔体前后、左右两侧的距离相等，所述第三极板、所述第四极板距离所述第二绝缘腔体前后、左右两侧的距离相等。

进一步地，所述第一极板和所述第二极板相互间隔设置，所述第三极板和所述第四极板相互间隔设置。

进一步地，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体为一体成型的长方体结构或多块绝缘板拼接而成的长方体结构。

进一步地，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体均采用环氧材料。

进一步地，所述耦合器发射端与所述耦合器接收端之间通过传输介质实现电能传输。

按照本发明的第二个方面，还提供了一种电容式无线电能传输系统，其包括：上述任意一个实施例所述的不对称绝缘层电容式耦合器；发射端电路，包括：电源、逆变器和补偿网络；所述电源的输出端连接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端通过所述补偿网络连接所述耦合器发射端；接收端电路，包括：补偿网络和整流器；所述耦合器接收端通过所述补偿网络连接所述整流器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果：

（1）本发明提出了不对称绝缘层的结构，不需要增加额外的器件和额外的接线，通过一个很简单、成本很低的方式，达到了增强耦合器的耦合系数的作用，从而能够提升系统的传输效率。

（2）不对称绝缘层在非传输方向上的绝缘层厚度大于传输方向上的绝缘层厚度，因而不影响无线能量的传输，同时能够降低耦合器向水中的电场辐射，有效降低了电场安全距离，使水下无线充电更加安全。

（3）导电极板完全被绝缘层包覆，可以实现防水防腐、防触电漏电的功能，且能够承受很强的水压，因此非常适用于电动船舶的水下无线充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的耦合器三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的耦合器结构剖面图；

图3为本发明实施例提供的耦合器各部件尺寸及摆放位置示意图；

图4为本发明实施例提供的耦合器各板间形成电容的示意图；

图5为本发明实施例提供的耦合器在无线输电系统电路中的等效电路图；

图6为本发明实施例提供的无线输电系统电路的示意图；

图7为本发明实施例提供的耦合器在无线输电系统电路中的逆变器输出电压电流波形图；

图8为本发明实施例提供的耦合器在无线输电系统电路中的耦合电容前后端电压波形图；

图9为本发明实施例提供的耦合器与对称耦合器在无线输电系统电路中运行的效率对比曲线图；

图10为本发明提出的不对称绝缘层电容式耦合器的有限元仿真电场分布图；

图11为传统对称绝缘层四板电容式耦合器的有限元仿真电场分布图；

图12为传统六板电容式耦合器的有限元仿真电场分布图。

附图标记说明

P1：第一极板；P2：第二极板；P3：第三极板；P4：第四极板；I₁：第一绝缘腔体；I₂：第二绝缘腔体；V_in：发射侧电压源；V_out：接收侧恒压负载；S₁、S₂、S₃、S₄：无线输电系统的逆变器开关管；D₁、D₂、D₃、D₄：无线输电系统的整流器开关管；L₁、L₂、L₃、L₄：无线输电系统的补偿电感；C_f1、C_f2：无线输电系统的补偿电容；C_p1、C_p2：耦合器在无线输电系统中的等效并联电容；C_S：耦合器在无线输电系统中的等效串联电容。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种不对称绝缘层电容式耦合器，包括耦合器发射端和耦合器接收端。

耦合器发射端包括第一绝缘腔体I₁和设置于第一平面的第一极板P₁、第二极板P₂。第一绝缘腔体I₁用于采用绝缘材料包裹第一极板P₁、第二极板P₂。

耦合器接收端与耦合器发射端相对设置，耦合器接收端包括第二绝缘腔体I₂和设置于第二平面的第三极板P₃、第四极板P₄，第二绝缘腔体I₂用于采用绝缘材料包裹第三极板P₃、第四极板P₄。

第一绝缘腔体I₁面向耦合器接收端一侧的绝缘层厚度小于远离耦合器接收端一侧的绝缘层厚度。

第二绝缘腔体I₂面向耦合器发射端一侧的绝缘层厚度小于远离耦合器发射端一侧的绝缘层厚度。

第一极板P₁、第二极板P₂、第三极板P₃、第四极板P₄可均为金属板材。

第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂均为绝缘材料，其可以是一体成型的长方体结构，也可以是由多块绝缘板拼接而成的长方体结构，不论哪种结构形式，其作用都是完全紧密包裹住耦合器同侧的极板，并满足与极板紧贴的两侧绝缘层厚度不同的特点。

如图3所示，在一个实施方式中，为了便于实施，优选的，第一极板P₁、第二极板P₂、第三极板P₃、第四极板P₄均为正方形的平板结构，第一极板P₁的尺寸为l₁* l₁，第二极板P₂的尺寸为l₂*l₂，第三极板P₃的尺寸为l₃*l₃，第四极板P₄的尺寸为l₄*l₄。优选的，发射侧第一极板P₁和第二极板P₂厚度均为d_t2，接收侧第三极板P₃和第四极板P₄厚度均为d_r2。第一绝缘腔体I₁的长宽高分别为l_t*w_t*d_t，第二绝缘腔体I₂的长宽高分别为l_r*w_r*d_r。

优选的，耦合器发射端的第一极板P₁和第二极板P₂与耦合器接收端的第三极板P₃和第四极板P₄均为正方形且形状和面积相同。在无线电能传输过程中，发射端与接收端保持正对，因此第一极板P₁与第三极板P₃保持正对，第二极板P₂与第四极板P₄保持正对，第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂也保持正对。耦合器发射端到耦合器接收端的传输距离为d。

优选的，对于耦合器的发射端，第一极板P₁和第二极板P₂相互间隔设置，第一极板P₁和第二极板P₂保持水平对齐，水平距离为l_s1。第一极板P₁和第二极板P₂与第一绝缘腔体I₁水平方向两侧的距离分别为l_e1和l_e2。

优选的，第一极板P₁、第二极板P₂距离第一绝缘腔体I₁前后、左右两侧的距离相等。显然的，l_t=l₁+l₂+l_s1+l_e1+l_e2，w_t=l₁+2*l_e1=l₂+2*l_e2。

优选的，对于耦合器的接收端，第三极板P₃和第四极板P₄相互间隔设置。第三极板P₃和第四极板P₄保持水平对齐，水平距离为l_s2。第三极板P₃和第四极板P₄与第二绝缘腔体I₂水平方向两侧的距离分别为l_e3和l_e4。

优选的，第三极板P₃、第四极板P₄距离第二绝缘腔体I₂前后、左右两侧的距离相等。显然的，l_r=l₃+l₄+l_s2+l_e3+l_e4，w_r=l₃+2*l_e3=l₄+2*l_e4。

发射端与接收端之间的传输介质是水，其相对介电常数为81。绝缘腔体靠近传输方向一侧称为内侧，远离传输方向一侧称为外侧，则第一绝缘腔体I₁内侧的厚度为d_t1、外侧厚度为d_t3，第二绝缘腔体I₂内侧的厚度为d_r1、外侧厚度为d_r3。显然的，d_t=d_t1+d_t2+d_t3，d_r=d_r1+d_r2+d_r3。

优选的，第一绝缘腔体I₁面向耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与第二绝缘腔体面向耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同，第一绝缘腔体I₂远离耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与第二绝缘腔体远离耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同，即d_t1=d_r1，d_t3=d_r3。

在一个实施方式中，d_t1=d_r1，d_t3=d_r3。d_t1和d_t3只需要满足d_t1<d_t3就符合不对称绝缘层结构的定义。

如图4所示，定义第一极板P₁与第二极板P₂之间的电容为C₁₂、第一极板P₁与第三极板P₃之间的电容为C₁₃、第一极板P₁与第四极板P₄之间的电容为C₁₄、第二极板P₂与第三极板P₃之间的电容为C₂₃、第二极板P₂与第四极板P₄之间的电容为C₁₄、第一极板P₃与第四极板P₄之间的电容为C₃₄，因此，四块板之间共产生6个等效电容。

如图5所示，根据这6个电容的串并联关系，可以进一步将其等效为电路里的3个串并联电容，分别是2个并联电容C_p1、C_p2和1个串联电容C_S。计算公式如下：

；

。

根据串并联电容值计算得到电容耦合系数，计算公式如下：

。

可见，如果将提升耦合系数作为耦合器的优化目标，那么需要增大串联电容C_S或减小并联电容C_p1和C_p2。其中串联电容的大小与C₁₃、C₁₄、C₂₃、C₂₄有关，C₁₃、C₂₄是正对板之间的电容，C₁₄、C₂₃是交叉耦合电容。根据图4，这四个电容均为传输方向的电容。考虑到耦合器的通用性，所以不对传输方向的结构进行改造。因此，为了提升耦合系数，那么需要减小并联电容C_p1和C_p2。

而并联电容的大小与C₁₂、C₃₄、C₁₃、C₁₄、C₂₃、C₂₄相关，同样考虑到耦合器的通用性，不改变C₁₃、C₁₄、C₂₃、C₂₄这四个传输方向的电容。因此只能通过减小C₁₂和C₃₄来减小并联电容，从而提升耦合系数。

基于电容边缘效应理论，C₁₂和C₃₄的大小与传输介质相关，介质的相对介电常数越低，产生的电容越小。在本实施例中，第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂的材料选择环氧板，相对介电常数为4.4，传输介质为淡水，相对介电常数为81。因此当d_t1与d_t3的厚度决定了C₁₂和C₃₄的大小，厚度越厚，C₁₂和C₃₄越小，耦合器的耦合系数越高。为了保证耦合器的功率传输能力，传输方向的电容不能改变，即d_t1不能改变。因此考虑到耦合器的通用性，不影响无线能量的传输，本发明通过增大非传输方向上的绝缘层厚度d_t3来实现这一特点，而不改变传输方向上的绝缘层厚度d_t1。且d_t3越大，越有利于提升耦合系数，优化效果更好。但是从另一方面来说，d_t3越大，耦合器的总体厚度就越大，应用时不希望在提升耦合系数的同时显著增大耦合器的体积。因此，在一优选实施例中，d_t3为d_t1的9~21倍。在另一优选实施例中，d_t1=1mm，d_t3=15mm时可以实现较好的传输效果。

本发明实施例的一种无线电能传输系统，包括：任意一项上述的不对称绝缘层电容式耦合器；发射端电路，包括：电源、逆变器和补偿网络；电源的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端通过补偿网络连接耦合器发射端；接收端电路，包括：补偿网络和整流器；耦合器接收端通过补偿网络连接整流器。

如图6所示，进行无线电能传输时，第一极板P₁、第二极板P₂接入发射端电路，第三极板P₃、第四极板P₄接入接收端电路。

在一个实施例中，耦合器具体尺寸的参数如下：

l₁=l₂=l₃=l₄=150mm，l_s1=l_s2=100 mm，l_e1=l_e2=20 mm，l_t=l₁+l₂+l_s1+l_e1+l_e2=440mm，w_t=l₁+2*l_e1=l₂+2*l_e2=190mm。极板厚度d_t2=d_r2=3mm，第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂内侧的厚度d_t1=d_r1=1mm，第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂外侧的厚度d_t3=d_r3=15mm。第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂的总厚度d_t=d_r=d_t1+d_t2+d_t3=14mm。

第一绝缘腔体I₁和第二绝缘腔体I₂的材料选择环氧板，相对介电常数为4.4。传输介质为淡水，相对介电常数为81。传输距离d=50mm。

通过有限元仿真得到任意两板间的6个等效电容的电容值。C₁₂=45.999pF，C₁₃=200.04pF，C₁₄=45.23pF，C₂₃=45.409pF，C₂₄=199.98pF， C₃₄=46.034pF。

基于以上的6个电容进行串并联公式的计算以获取无线电能传输等效电路中的串并联电容值C_S、C_p1、C_p2，计算公式如下：

；

。

计算得到串并联电容值C_S=77.35pF，C_p1=91.32pF，C_p2=91.35pF。

根据串并联电容值计算得到电容耦合系数，计算公式如下：

。

计算得到电容耦合系数为k_C=0.4586。

如图6所示，本实施例选用双边LCL补偿网络，根据耦合器等效串并联电容值C_p1、C_p2、C_S计算无线输电系统其它补偿网络的参数，C_f1=C_f2=0.85nF，L₁=L₄=29.7uH，L₂=L₃=219.9uH。

使用仿真软件对系统进行仿真，设置C_f1、C_f2、L₁-L₄的品质因数均设置为500，C_p1、C_p2、C_S的品质因数均设置为100，逆变器频率设置为1MHz。如图7所示，逆变器输出电压为矩形波，输出电流为正弦波，从电压电流相位来看，逆变器开关管实现了ZVS软开关。如图8所示，耦合电容前后电压均为正弦波，幅值相等，相位相差约35.2度。如图9所示，调节输出功率得到全功率范围的效率曲线，峰值效率为91.6%。

为了更好的展示本实施例提供的不对称绝缘层耦合器在电容耦合系数和效率上的优势，在对比示例中，将耦合器的发射端和接收端的绝缘层均设置为对称结构，即每侧厚度完全相同，且厚度为1mm。其它尺寸与本实施例提供的不对称绝缘层耦合器完全相同。绝缘材料同样选取环氧板，相对介电常数为4.4，传输介质同样为淡水，相对介电常数为81。

通过有限元仿真得到任意两板间的6个等效电容的电容值C₁₂-C₃₄。C₁₂=90.398pF，C₁₃=263.08pF，C₁₄=82.14pF，C₂₃=82.139pF，C₂₄=263.08pF，C₃₄=90.351pF。基于以上的6个电容计算得到串并联电容值C_S=90.47pF，C_p1=172.54pF，C_p2=172.54pF。根据串并联电容值计算得到电容耦合系数为k_C=0.344。可见其耦合系数明显小于本实施例提供的不对称绝缘层耦合器的耦合系数。

同样选用双边LCL补偿网络，根据耦合器等效串并联电容值C_p1、C_p2、C_S计算无线输电系统其它补偿网络的参数，C_f1=C_f2=1.3nF，L₁=L₄=19.5uH，L₂=L₃=128.7uH。使用仿真软件对系统进行仿真，设置C_f1、C_f2、L₁-L₄的品质因数均设置为500，C_p1、C_p2、C_S的品质因数均设置为100，逆变器频率设置为1MHz，与本实施例提供的不对称绝缘层电容式耦合器的仿真保持一致。如图9所示，调节输出功率得到全功率范围的效率曲线，峰值效率为90.7%，在全功率范围内传输效率都低于本实施例提供的不对称绝缘层电容式耦合器。

由此可见，在耦合器尺寸、补偿网络类型、器件品质因数、逆变器频率、传输距离等条件全都相同的情况下，本实施例提供的一种不对称绝缘层电容式耦合器相比传统电容式耦合器，电容耦合系数得到显著提升，进而提升了系统的传输效率。

图10展示了本实施例提供的不对称绝缘层耦合器在Maxwell有限元仿真软件中的电场分布图，可以看到，以8kV/m的电场强度为界，耦合器的电场安全距离在0.02m左右，实现了很好的电场屏蔽性能。

为了更好的展示本实施例提供的不对称绝缘层耦合器的电场屏蔽效果，图11和图12分别展示了传统四板式耦合器和六板式耦合器在Maxwell有限元仿真软件中的电场分布图。极板尺寸、极板电压和电场强度界限均与本实施例提供的不对称绝缘层耦合器的仿真保持一致。从图11中可以看到，以8kV/m的电场强度为界，传统四板式耦合器的电场安全距离在0.12m左右，电场屏蔽性能较差。从图12中可以看到，六板式耦合器的电场安全距离在0.02m左右，电场屏蔽性能最好，但这是以牺牲一定的重量、体积、成本和设计的复杂性为基础的。

综上所述，本实施例提供的不对称绝缘层耦合器不需要增加额外的器件和额外的接线，通过一个很简单、成本很低的方式，达到了接近六板式耦合器的电场屏蔽效果，使水下无线充电更加安全；同时不对称绝缘层结构达到了增强耦合器的耦合系数的作用，从而能够提升系统的传输效率；导电极板完全被绝缘层包覆，可以实现防水防腐、防触电漏电的功能，且能够承受很强的水压，因此非常适用于电动船舶的水下无线充电。

本实施例只给出了不对称绝缘层电容式耦合器的一种典型应用情况，对极板的形状不做限定，只要符合本发明实施例中各板之间的相对位置关系，都应在本发明的保护范围之内。同时必须说明的是，一个基本的无线输电系统包括电源、逆变器、补偿网络、耦合器、整流器，本发明提出的耦合器作为该无线输电系统其中的一个组件，可以与其它组件有多种不同的组合形式，因而具有多种具体实施方式。本实施例中采用的是全桥式逆变器、全桥式整流器、双边LCL补偿网络，本领域的技术人员容易理解，采用其它形式的逆变器、整流器、补偿网络形式也可与本发明提出的耦合器组合使用，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一绝缘腔体面向所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与所述第二绝缘腔体面向所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同，所述第一绝缘腔体远离所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度与所述第二绝缘腔体远离所述耦合器发射端一侧的绝缘层厚度相同。

3.根据权利要求2所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，将所述第一绝缘腔体面向所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度记为d_t1，将所述第一绝缘腔体远离所述耦合器接收端一侧的绝缘层厚度记为记为d_t3，d_t3为d_t1的9~21倍。

4.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一极板和所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板均为正方形且面积相同，所述第一极板与所述第三极板正对，所述第二极板与所述第四极板正对，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体的形状和面积相同，且所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体正对。

5.根据权利要求4所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一极板、所述第二极板距离所述第一绝缘腔体前后、左右两侧的距离相等，所述第三极板、所述第四极板距离所述第二绝缘腔体前后、左右两侧的距离相等。

6.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一极板和所述第二极板相互间隔设置，所述第三极板和所述第四极板相互间隔设置。

7.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体为一体成型的长方体结构或多块绝缘板拼接而成的长方体结构。

8.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体均采用环氧材料。

9.根据权利要求1所述的不对称绝缘层电容式耦合器，其特征在于，所述耦合器发射端与所述耦合器接收端之间通过传输介质实现电能传输。

10.一种无线电能传输系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9中任意一项所述的不对称绝缘层电容式耦合器；

发射端电路，包括：电源、逆变器和补偿网络；所述电源的输出端连接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端通过所述补偿网络连接所述耦合器发射端；

接收端电路，包括：补偿网络和整流器；所述耦合器接收端通过所述补偿网络连接所述整流器。