通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法技术方案

通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，属于无线电能传输技术领域。本发明专利技术是为了解决无线电能传输系统发射端和接收端之间的耦合系数不能预先辨识，易造成电路故障的问题。它采用耦合系数辨识接收单元和耦合系数辨识发射单元实现对耦合系数的辨识；通过结合电能传输中各元件参量的特点，预先获取耦合机构的耦合系数，使系统的工作状态能被预先确定。本发明专利技术用于无线电能传输系统的耦合系数的辨识。

Coupling coefficient identification method for coupling mechanism of general radio energy transmission system

The coupling coefficient identification method of universal radio power transmission system coupling mechanism belongs to the field of radio power transmission technology. The invention aims to solve the problem that the coupling coefficient between the transmitter and the receiver of the radio power transmission system can not be identified in advance, and the circuit fault is easily caused. It uses coupling coefficient identification receiving unit and coupling coefficient identification transmitting unit to realize the identification of coupling coefficient, and obtains coupling coefficient of coupling mechanism in advance by combining the characteristics of each component parameter in power transmission, so that the working state of the system can be determined in advance. The invention is used for the identification of the coupling coefficient of the radio energy transmission system.

【技术实现步骤摘要】
通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法
本专利技术涉及通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，属于无线电能传输

技术介绍
无线电能传输技术目前广泛应用于电动汽车、手机无线充电以及工业机器人无线充电等行业。当前无线电能传输技术面临一个重要技术问题，即系统工作状态不易获取。系统工作时耦合机构接收端靠近发射端，依靠耦合机构间的相互耦合，负载可以从电源处获取功率。此时系统耦合机构间的相对位置直接影响了系统传输功率以及传输效率，因此获取耦合机构间的相对位置可以更加便捷地实现系统功率控制。耦合机构间相对位置表现为平移、旋转以及翻转等三维空间内的位置变化，通常难以利用相关传感器来准确获取其三维坐标以及旋转角度等参数。经研究得知耦合机构间复杂的相对位置可以转化为耦合系数进行分析，通过耦合系数可以确定系统的工作状态。目前的方法是，通过检测系统工作时某一节点处电压、电流以及相位信息来计算耦合系数，这种方法在系统工作的过程中获得耦合系数，因此不能预先确定系统工作的安全性。如果系统在空载或过载的工作状态下，特别容易因为过流而造成元器件烧毁。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决无线电能传输系统发射端和接收端之间的耦合系数不能预先辨识，易造成电路故障的问题，提供了一种通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法。本专利技术所述通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，所述无线电能传输系统包括逆变器、原边补偿网络、原边阻波器、主耦合机构、副边阻波器、副边补偿网络及整流电路，所述耦合系数辨识方法基于耦合系数辨识接收单元和耦合系数辨识发射单元实现；逆变器用于提供交流能量，逆变器的输出端连接原边补偿网络的输入端，原边补偿网络的一个输出端连接原边阻波器后，与另一个输出端共同连接主耦合机构原边发射线圈的输入端，耦合系数辨识接收单元与主耦合机构原边发射线圈并联；主耦合机构副边接收线圈与耦合系数辨识发射单元并联，主耦合机构副边接收线圈的一个输出端连接副边阻波器后，与另一个输出端共同连接副边补偿网络的输入端，副边补偿网络的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端用于连接负载；所述原边阻波器包括电容C31、电容C32及电感L31，所述原边补偿网络的一个输出端连接电容C31的一端，电容C31的另一端连接电容C32的一端，电容C32的另一端作为原边阻波器的输出端连接主耦合机构原边发射线圈的一个输入端；电感L31与电容C32相并联；所述耦合系数辨识接收单元包括电容C41、电容C42、电感L41、电感L42及信号处理单元，电容C42与电感L42串联后与主耦合机构原边发射线圈并联，电感L42与电感L41组成原边耦合变压器，电感L41与电容C41并联，电容C41与信号处理单元并联；耦合系数辨识发射单元包括高频信号源Ud、电容C61、电容C62、电感L61及电感L62，电感L62和电容C62串联后与主耦合机构副边接收线圈并联，电感L62与电感L61组成副边耦合变压器，电感L61、电容C61与高频信号源Ud形成回路；所述耦合系数辨识方法包括，使所述高频信号源Ud的工作频率ω满足：使电容C31满足：其中ωp为主耦合机构的能量传输工作频率，使电感L42与电感L62的值相等；所述高频信号源Ud表示为：Ud＝ucosωt，式中u为高频交流信号幅值，t为时间；此时信号处理单元通过主耦合机构的耦合接收到的电压UL为：式中j为虚数，k为主耦合机构的耦合系数，Lp为主耦合机构原边发射线圈的电感，Ls为主耦合机构副边接收线圈的电感；则确定主耦合机构的耦合系数为：本专利技术的优点：本专利技术针对无线电能传输中耦合机构工作状态不易获取的问题，结合电能传输中各元件参量的特点，预先获取耦合机构的耦合系数，使系统的工作状态能被预先确定。本专利技术的耦合系数辨识方法具有通用性，能够适应不同补偿拓扑的无线电能传输系统；并且本专利技术方法在不启动系统能量传输的前提下预先确定耦合系数，具有良好的安全性。附图说明图1是本专利技术方法对应的一种无线电能传输系统的原理框图；图2是原边阻波器的电路结构示意图；图3是一种无线电能传输系统在未启动能量传输时耦合原理示意图；图4是串联电容(S)型补偿网络的无线电能传输系统原理框图；图5是LC-LC型补偿网络的无线电能传输系统原理框图；图6是LC-S型补偿网络的无线电能传输系统原理框图；图7是LCC-LCC型补偿网络的无线电能传输系统原理框图；图8是LCC-S型补偿网络的无线电能传输系统原理框图；图9是LCC-LC型补偿网络的无线电能传输系统原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：结合图1所示，本专利技术所述的通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，所述无线电能传输系统包括逆变器1、原边补偿网络2、原边阻波器3、主耦合机构5、副边阻波器7、副边补偿网络8及整流电路9，所述耦合系数辨识方法基于耦合系数辨识接收单元4和耦合系数辨识发射单元6实现；逆变器1用于提供交流能量，逆变器1的输出端连接原边补偿网络2的输入端，原边补偿网络2的一个输出端连接原边阻波器3后，与另一个输出端共同连接主耦合机构5原边发射线圈的输入端，耦合系数辨识接收单元4与主耦合机构5原边发射线圈并联；主耦合机构5副边接收线圈与耦合系数辨识发射单元6并联，主耦合机构5副边接收线圈的一个输出端连接副边阻波器7后，与另一个输出端共同连接副边补偿网络8的输入端，副边补偿网络8的输出端连接整流电路9的输入端，整流电路9的输出端用于连接负载；结合图2所示，所述原边阻波器3包括电容C31、电容C32及电感L31，所述原边补偿网络2的一个输出端连接电容C31的一端，电容C31的另一端连接电容C32的一端，电容C32的另一端作为原边阻波器3的输出端连接主耦合机构5原边发射线圈的一个输入端；电感L31与电容C32相并联；图3所示，是将图1中阻波器、逆变器、补偿网络及整流电路去掉后余下的电路，其中高频信号源Ud的信号传输方向是由主耦合机构5的副边到原边方向。所述耦合系数辨识接收单元4包括电容C41、电容C42、电感L41、电感L42及信号处理单元，电容C42与电感L42串联后与主耦合机构5原边发射线圈并联，电感L42与电感L41组成原边耦合变压器，电感L41与电容C41并联，电容C41与信号处理单元并联；耦合系数辨识发射单元6包括高频信号源Ud、电容C61、电容C62、电感L61及电感L62，电感L62和电容C62串联后与主耦合机构5副边接收线圈并联，电感L62与电感L61组成副边耦合变压器，电感L61、电容C61与高频信号源Ud形成回路；所述耦合系数辨识方法包括，使所述高频信号源Ud的工作频率ω满足：使电容C31满足：其中ωp为主耦合机构5的能量传输工作频率，使电感L42与电感L62的值相等；所述高频信号源Ud表示为：Ud＝ucosωt，式中u为高频交流信号幅值，t为时间；此时信号处理单元通过主耦合机构5的耦合接收到的电压UL为：式中j为虚数，k为主耦合机构5的耦合系数，Lp为主耦合机构5原边发射线圈的电感，Ls为主耦合机构5副边接收线圈的电感；则确定主耦合机构5的耦合系数为：在辨识耦合系数时，适当选取较小的电感L41及电感L42组成原边耦合变压器，可以在主耦合机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，所述无线电能传输系统包括逆变器(1)、原边补偿网络(2)、原边阻波器(3)、主耦合机构(5)、副边阻波器(7)、副边补偿网络(8)及整流电路(9)，所述耦合系数辨识方法基于耦合系数辨识接收单元(4)和耦合系数辨识发射单元(6)实现；其特征在于，逆变器(1)用于提供交流能量，逆变器(1)的输出端连接原边补偿网络(2)的输入端，原边补偿网络(2)的一个输出端连接原边阻波器(3)后，与另一个输出端共同连接主耦合机构(5)原边发射线圈的输入端，耦合系数辨识接收单元(4)与主耦合机构(5)原边发射线圈并联；主耦合机构(5)副边接收线圈与耦合系数辨识发射单元(6)并联，主耦合机构(5)副边接收线圈的一个输出端连接副边阻波器(7)后，与另一个输出端共同连接副边补偿网络(8)的输入端，副边补偿网络(8)的输出端连接整流电路(9)的输入端，整流电路(9)的输出端用于连接负载；所述原边阻波器(3)包括电容C31、电容C32及电感L31，所述原边补偿网络(2)的一个输出端连接电容C31的一端，电容C31的另一端连接电容C32的一端，电容C32的另一端作为原边阻波器(3)的输出端连接主耦合机构(5)原边发射线圈的一个输入端；电感L31与电容C32相并联；所述耦合系数辨识接收单元(4)包括电容C41、电容C42、电感L41、电感L42及信号处理单元，电容C42与电感L42串联后与主耦合机构(5)原边发射线圈并联，电感L42与电感L41组成原边耦合变压器，电感L41与电容C41并联，电容C41与信号处理单元并联；耦合系数辨识发射单元(6)包括高频信号源Ud、电容C61、电容C62、电感L61及电感L62，电感L62和电容C62串联后与主耦合机构(5)副边接收线圈并联，电感L62与电感L61组成副边耦合变压器，电感L61、电容C61与高频信号源Ud形成回路；所述耦合系数辨识方法包括，使所述高频信号源Ud的工作频率ω满足：...

【技术特征摘要】
1.一种通用型无线电能传输系统耦合机构的耦合系数辨识方法，所述无线电能传输系统包括逆变器(1)、原边补偿网络(2)、原边阻波器(3)、主耦合机构(5)、副边阻波器(7)、副边补偿网络(8)及整流电路(9)，所述耦合系数辨识方法基于耦合系数辨识接收单元(4)和耦合系数辨识发射单元(6)实现；其特征在于，逆变器(1)用于提供交流能量，逆变器(1)的输出端连接原边补偿网络(2)的输入端，原边补偿网络(2)的一个输出端连接原边阻波器(3)后，与另一个输出端共同连接主耦合机构(5)原边发射线圈的输入端，耦合系数辨识接收单元(4)与主耦合机构(5)原边发射线圈并联；主耦合机构(5)副边接收线圈与耦合系数辨识发射单元(6)并联，主耦合机构(5)副边接收线圈的一个输出端连接副边阻波器(7)后，与另一个输出端共同连接副边补偿网络(8)的输入端，副边补偿网络(8)的输出端连接整流电路(9)的输入端，整流电路(9)的输出端用于连接负载；所述原边阻波器(3)包括电容C31、电容C32及电感L31，所述原边补偿网络(2)的一个输出端连接电容C31的一端，电容C31的另一端连接电容C32的一端，电容C32的另一端作为原边阻波器(3)的输出端连接主耦合机构(5)原边发射线圈的一个输入端；电感L31与电容C32相并联；所述耦合系数辨识接收单元(4)包括电容C41、电容C42、电感L41、电感L42及信号处理单元，电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏国，杨超，朱春波，张敬阳，刘卫东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23