一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，属于无线电能传输技术领域，包括用于将交流电压源Vi输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块的原边能量发射模块；用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块的原边能量中转模块；用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块的副边能量中转模块；用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载Rac的副边能量拾取模块，本发明专利技术解决了现有无线电能传输系统在系统发生偏移时，现有技术存在结构复杂、成本高，具有安全隐患和系统效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统
本专利技术属于无线电能传输
，涉及一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输(WirelessPowerTransmission)技术，简称WPT技术，是一种利用松耦合变压器实现电能的无线传输。耦合机构是实现能量无线传递的关键部分，对无线电能传输系统的偏移能力、能量传输距离等一些列指标有着较大的影响。现有无线电能传输系统的主要构成及工作过程为：工频交流电经过整流成为直流，再经过逆变器后直流电逆变为高频交流电，高频交变电流注入原边能量发射机构，产生高频交变磁场；副边能量拾取机构在原边能量发射机构产生的高频磁场中感应出感应电动势，该感应电动势通过高频整流后向负载提供电能。由于传统的原边能量发射机构和副边能量拾取机构采用的是单个线圈，当它们之间发生偏移时，互感M会有较大波动，造成在恒定输入电压下系统难以输出恒定电压或恒定电流的问题。为了解决该问题，通常的方法有三种：一、在电路系统中引入闭环控制，如在逆变的过程中加入控制器以此调整输入电压或者控制逆变器的导通角实现移相控制逆变后的高频交流电，或者在高频整流输出端加入直-直变换器，但这种方法增加了系统复杂程度及所对应的控制成本费用；二、采用混合拓扑电路的形式，利用不同拓扑电路之间的互相弥补实现偏移过程中的输出恒定，但这种方法会使得系统成本增加，且在无任何保护措施的情况下，副边的移除会对系统造成巨大的安全隐患；三、采用配置参数的拓扑结构，通过合理的配置参数使原边线圈和副边线圈之间的耦合系数能够在较大范围的变化的同时，保持输出恒定，但这种方法会使得交流输入端无法成纯阻态，从而大大降低系统的效率。因此，本专利技术提出了一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，解决了现有无线电能传输系统在系统发生偏移时，现有技术存在结构复杂、成本高，具有安全隐患和系统效率低的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，包括原边能量发射模块、原边能量中转模块、副边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量发射模块用于将交流电压源Vi输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量中转模块用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块；所述副边能量中转模块用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块；所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载Rac。进一步地，所述原边能量发射模块包括相互连接呈环路的交流电压源Vi和第一谐振环路，所述第一谐振环路包括第一补偿电容C1和原边能量发射线圈L1，所述第一补偿电容C1与原边能量发射线圈L1串联。更进一步地，所述直流电压源Vi可以替换为相互连接的直流电压源E和高频逆变器H。进一步地，所述原边能量中转模块包括单独且闭合的第二谐振环路，所述第二谐振环路包括第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L2，所述第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L，相互连接呈环路。进一步地，所述副边能量中转模块包括单独且闭合的第三谐振环路，所述第三谐振环路包括第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3，所述第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3相互连接呈环路。进一步地，所述副边能量拾取模块包括相互连接呈环路的交流等效负载Rac和第四谐振环路，所述第四谐振环路包括第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4，所述第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4串联。更进一步地，所述交流等效负载Rac可以替换为相互连接的整流桥D和负载R。进一步地，所述原边能量发射线圈L1与副边能量中转线圈L3之间的互感M13为零，原边能量中转线圈L2与副边能量拾取线圈L4之间的互感M24为零；原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端同向，副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端反向，或者原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端反向，副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端同向。更进一步地，所述原边能量发射线圈L1、原边能量中转线圈L2、副边能量中转线圈L3、副边能量拾取线圈L4的参数设计包括以下步骤：步骤1：采用利兹线建立原边能量发射线圈L1、原边能量中转线圈L2、副边能量中转线圈L3、副边能量拾取线圈L4的形状模型，所述形状模型可以是圆形或矩形，所述原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2组成原边线圈，所述副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4组成副边线圈；步骤2：确定原边线圈与副边线圈间的气隙间距h、原边线圈的面积S1和副边线圈的面积S2，以及利兹线的外径d，其中，S1＝a1×b1，a1为原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2的总体长度，b1为原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2的总体宽度，S2＝a2×b2，a2为副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4的总体长度，b2副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4的总体宽度；步骤3：设原边能量发射线圈L1匝数为N1，宽度为l1，原边能量中转线圈L2匝数为N2，宽度为l2，副边能量中转线圈L3匝数为N3，宽度为l3，副边能量拾取线圈L4匝数为N4，宽度为l4，给定初始数值l1＝l2＝l3＝l4＝10mm，N1＝N2＝N3＝N4＝1，设置匝数步长ΔN，宽度步长Δl；步骤4：根据N3和N4的初始值，判断是否满足条件：当满足条件时，N3和N4不断增加ΔN，直到M13＝0，M24＝0，当不满足条件时，l3和l4增加Δl后，重置N3，即N3＝1，再判断是否满足上述条件，直到满足条件时停止；步骤5：观测各线圈之间的互感，设定原边能量发射线圈L2与原边能量中转线圈L3之间的互感M23、原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L4之间的互感M14在正对时的互感相同，为M，判断是否满足条件：当满足条件时，记录当前线圈的所有参数，记为Cn(n＝1，2，3......)，当不满足条件时，N1和N2不断增加ΔN，再判断是否满足条件：当满足条件时，重置N3和l3，以及N4和l4，即N3＝1，l3＝10mm，N4＝1，l4＝10mm，再返回步骤4进行判断，当不满足条件时，l1和l2增加Δl后，重置N1、N3和l3，以及N2、N4和l4，即N1＝N3＝1，l3＝10mm，N2＝N4＝l，l4＝10mm，再返回步骤4进行判断，直到满足上述条件时停止；步骤6：观测步骤5中Cn在不同偏移距离下的互感之间的变化曲线，将此时Cn对应的线圈之间在不同偏移距离下的各个互感参数带入输出电流公式：其中，Id是输出电流，ω为系统角频率，E为直流电压源的输出电压，根据上述公式，比较偏移距离，从而获得Cn最优值，以最优值对应的线圈参数进行各个线圈设计。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，相比现有无线电能传输系统，增加了原边能量中转模块和副边能量中转模块，将原边能量发射模块输出的能量分为两路，一路直接进入副边能量拾取模块，另一路通过原边能量中转模块和副边能量中转模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：包括原边能量发射模块、原边能量中转模块、副边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量发射模块用于将交流电压源Vi输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量中转模块用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块；所述副边能量中转模块用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块；所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载Rac。

【技术特征摘要】
1.一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：包括原边能量发射模块、原边能量中转模块、副边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量发射模块用于将交流电压源Vi输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块；所述原边能量中转模块用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块；所述副边能量中转模块用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块；所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载Rac。2.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述原边能量发射模块包括相互连接呈环路的交流电压源Vi和第一谐振环路，所述第一谐振环路包括第一补偿电容C1和原边能量发射线圈L1，所述第一补偿电容C1与原边能量发射线圈L1串联。3.根据权利要求2所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述直流电压源Vi可以替换为相互连接的直流电压源E和高频逆变器H。4.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述原边能量中转模块包括单独且闭合的第二谐振环路，所述第二谐振环路包括第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L2，所述第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L2相互连接呈环路。5.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述副边能量中转模块包括单独且闭合的第三谐振环路，所述第三谐振环路包括第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3，所述第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3相互连接呈环路。6.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述副边能量拾取模块包括相互连接呈环路的交流等效负载Rac和第四谐振环路，所述第四谐振环路包括第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4，所述第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4串联。7.根据权利要求6所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述交流等效负载Rac可以替换为相互连接的整流桥D和负载R。8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：所述原边能量发射线圈L1与副边能量中转线圈L3之间的互感M13为零，原边能量中转线圈L2与副边能量拾取线圈L4之间的互感M24为零；原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端同向，副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端反向，或者原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端反向，副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，陈阳，杨斌，符玲，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51