一种可自动调节相序的三相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自动调节相序的三相无线电能传输系统，包括第一、二、三非线性负阻增益模块、第一、二、三、四、五、六电容、第一、二、三发射线圈、第一、二、三接收线圈、第一、二、三相负载；三相无线电能传输系统能量由第一、二、三非线性负阻增益模块的直流供电电源提供，经过第一发射线圈与第一接收线圈、第二发射线圈与第二接收线圈、第三发射线圈和与第三接收线圈间的磁场谐振耦合，传输至第一相负载、第二相负载和第三相负载处，实现了三相电源对三相负载的无线电能传输，并利用宇称时间对称性实现了三相相序的自动调节，简化电路结构，提高了传输效率。

A Three-phase Radio Power Transmission System with Auto-adjustable Phase Sequence

【技术实现步骤摘要】
一种可自动调节相序的三相无线电能传输系统
本专利技术涉及无线电能传输的
，尤其是指一种可自动调节相序的三相无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输较传统的有线电能传输而言，有着便利、安全、清洁、可靠等优点。根据实现原理的不同，无线电能传输又主要分为感应式、谐振式和微波式。其中，磁耦合谐振式无线电能传输系统又由于其在传输距离、传输功率、传输效率等方面的显著优势而受到了广泛研究。然而，传统磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率在线圈耦合率增大到一定程度时，谐振频率出现分裂现象，导致传输效率下降。此时就要求系统有附加的调节频率的环节，不便于实际应用。此外，传统磁耦合谐振式无线电能传输系统要求发射线圈和接收线圈的中心位于同一水平线上，当线圈发生中轴线偏移时，效率下降明显，给实际应用带来了很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服磁耦合谐振式无线电能传输的缺点与不足，提出了可自动调节相序的三相无线电能传输系统，实现了三相电源对三相负载的无线电能传输，利用宇称时间对称性使电路具有自行调节相序的能力，简化电路结构，提高传输效率。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种可自动调节相序的三相无线电能传输系统，包括有第一非线性负阻增益模块、第二非线性负阻增益模块、第三非线性负阻增益模块、第一电容、第一发射线圈、第二电容、第二发射线圈、第三电容、第三发射线圈、第一接收线圈、第四电容、第一相负载、第二接收线圈、第五电容、第二相负载、第三接收线圈、第六电容和第三相负载；其中，所述第一非线性负阻增益模块由第一电压放大器和第一电阻组成，所述第二非线性负阻增益模块由第二电压放大器和第二电阻组成，所述第三非线性负阻增益模块由第三电压放大器和第三电阻组成，所述第一发射线圈由第一电感和第一电感内阻组成，所述第二发射线圈由第二电感和第二电感内阻组成，所述第三发射线圈由第三电感和第三电感内阻组成，所述第一接收线圈由第四电感和第四电感内阻组成，所述第二接收线圈由第五电感和第五电感内阻组成，所述第三接收线圈由第六电感和第六电感内阻组成；所述第一电压放大器的输入端与第一电阻的一端、第一电容的一端、第一电感内阻的一端相连，所述第一电感内阻的另一端与第一电感的一端相连，所述第一电感的另一端与第一电容的另一端以及信号“地”相连，所述第一电阻的另一端与第一电压放大器的输出端相连；所述第二电压放大器的输入端与第二电阻的一端、第二电容的一端、第二电感内阻的一端相连，所述第二电感内阻的另一端和第二电感的一端相连，所述第二电感的另一端与第二电容的另一端以及信号“地”相连，所述第二电阻的另一端与第二电压放大器的输出端相连；所述第三电压放大器的输入端与第三电阻的一端、第三电容的一端、第三电感内阻的一端相连，所述第三电感内阻的另一端与第三电感的一端相连，所述第三电感的另一端与第三电容的另一端以及信号“地”相连，所述第三电阻的另一端与第三电压放大器的输出端相连；所述第四电感的一端与第四电感内阻的一端相连，所述第四电感内阻的另一端与第四电容的一端、第一相负载的一端相连，所述第四电感的另一端与第四电容的另一端、第五电感的一端、第六电感的一端、第五电容的一端、第六电容的一端及信号“地”相连；所述第五电感的一端与第五电感内阻的一端相连，所述第五电感内阻的另一端与第五电容的一端、第二相负载的一端相连，所述第五电感的另一端与第五电容的另一端、第四电感的一端、第六电感的一端、第四电容的一端、第六电容的一端及信号“地”相连；所述第六电感的一端与第六电感内阻的一端相连，所述第六电感内阻的另一端与第六电容的一端、第三相负载的一端相连，所述第六电感的另一端与第六电容的另一端、第四电感的一端、第五电感的一端、第四电容的一端、第五电容的一端及信号“地”相连；所述第一相负载的一端与第四电容的一端、第四电感内阻的一端相连，其另一端与第二相负载的一端、第三相负载的一端及信号“地”相连；所述第二相负载的一端与第五电容的一端、第五电感内阻的一端相连，其另一端与第一相负载的一端、第三相负载的一端及信号“地”相连；所述第三相负载的一端与第六电容的一端、第六电感内阻的一端相连，其另一端与第一相负载的一端、第二相负载的一端及信号“地”相连。进一步，所述三相无线电能传输系统的能量由第一、二、三非线性负阻增益模块的直流供电电源提供，经过第一发射线圈与第一接收线圈、第二发射线圈与第二接收线圈、第三发射线圈和与第三接收线圈间的磁场谐振耦合，传输至第一相负载、第二相负载和第三相负载处，实现了三相电源对三相负载的无线电能传输，并利用宇称时间对称性实现了三相相序的自动调节；其中，所述第一、二、三非线性负阻增益模块均能够在电路小扰动的作用下通过正反馈作用使得电路开始振荡，并迅速达到谐振稳态。进一步，所述宇称时间对称性是指对于使用三个独立电源的三相无线电能传输系统在不需要任何相位控制的条件下具有自动控制相位的能力，使得三相相序正常，以及当传输距离超过频率分裂点时，系统在不需要任何频率控制的条件下能够实现工作频率的自动调节，从而避免因频率分裂现象导致传输效率下降。进一步，所述第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈的线圈中心重合，并以其为原点建立空间直角坐标系，则第一发射线圈位于yz平面上，与x轴正交；第二发射线圈位于xz平面上，与y轴正交；第三发射线圈位于xy平面上，与z轴正交；第一接收线圈平行于第一发射线圈，其线圈中心为x轴正半轴上某点；第二接收线圈平行于第二发射线圈，其线圈中心为y轴正半轴上某点；第三接收线圈平行于第三发射线圈，其线圈中心为z轴正半轴上某点；第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈之间的互感为零，提高了系统的稳定性和传输效率。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、实现了三相独立电源对三相负载的磁耦合谐振式无线电能传输，减少了传统磁耦合谐振式无线电能传输系统所需要的交直流电能变换环节，整体上提高了磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率。2、实现了三相磁耦合谐振式无线电能传输系统的宇称时间对称性，使得电路在无需附加相位控制的情况下自动调节三相相序使系统达到稳态、在无需附加频率控制的情况下自动调节工作频率以适应系统频率分裂后的谐振频率，避免因频率分裂引起的传输效率下降。3、提供了一种可靠的三相无线电能传输的实现方式，为实现全向性无线电能传输提供了可能。附图说明图1为本专利技术系统的等效电路图。图2为本专利技术系统的传输线圈架构图。图3为本专利技术系统的仿真波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1所示，本实施例所提供的可自动调节相序的三相无线电能传输系统，包括有第一非线性负阻增益模块、第二非线性负阻增益模块、第三非线性负阻增益模块、第一电容Ca1、第一发射线圈la1、第二电容Cb1、第二发射线圈lb1、第三电容Cc1、第三发射线圈lc1、第一接收线圈la2、第四电容Ca2、第一相负载Ra2、第二接收线圈lb2、第五电容Cb2、第二相负载Rb2、第三接收线圈lc2、第六电容Cc2和第三相负载Ra2；其中，所述第一非线性负阻增益模块由第一电压放大器Aa1和第一电阻Ra1组成，所述第二非线性负阻增益模块由第二电压放大器Ab1和第二电阻Rb1组成，所述第三非线性负阻增益模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可自动调节相序的三相无线电能传输系统，其特征在于：所述三相无线电能传输系统包括有第一非线性负阻增益模块、第二非线性负阻增益模块、第三非线性负阻增益模块、第一电容(Ca1)、第一发射线圈(la1)、第二电容(Cb1)、第二发射线圈(lb1)、第三电容(Cc1)、第三发射线圈(lc1)、第一接收线圈(la2)、第四电容(Ca2)、第一相负载(Ra2)、第二接收线圈(lb2)、第五电容(Cb2)、第二相负载(Rb2)、第三接收线圈(lc2)、第六电容(Cc2)和第三相负载(Ra2)；其中，所述第一非线性负阻增益模块由第一电压放大器(Aa1)和第一电阻(Ra1)组成，所述第二非线性负阻增益模块由第二电压放大器(Ab1)和第二电阻(Rb1)组成，所述第三非线性负阻增益模块由第三电压放大器(Ac1)和第三电阻(Rc1)组成，所述第一发射线圈(la1)由第一电感(La1)和第一电感内阻(ra1)组成，所述第二发射线圈(lb1)由第二电感(Lb1)和第二电感内阻(rb1)组成，所述第三发射线圈(lc1)由第三电感(Lc1)和第三电感内阻(rc1)组成，所述第一接收线圈(la2)由第四电感(La2)和第四电感内阻(ra2)组成，所述第二接收线圈(lb2)由第五电感(Lb2)和第五电感内阻(rb2)组成，所述第三接收线圈(lc2)由第六电感(Lc2)和第六电感内阻(rc2)组成；所述第一电压放大器(Aa1)的输入端与第一电阻(Ra1)的一端、第一电容(Ca1)的一端、第一电感内阻(ra1)的一端相连，所述第一电感内阻(ra1)的另一端与第一电感(La1)的一端相连，所述第一电感(La1)的另一端与第一电容(Ca1)的另一端以及信号“地”相连，所述第一电阻(Ra1)的另一端与第一电压放大器(Aa1)的输出端相连；所述第二电压放大器(Ab1)的输入端与第二电阻(Rb1)的一端、第二电容(Cb1)的一端、第二电感内阻(rb1)的一端相连，所述第二电感内阻(rb1)的另一端和第二电感(Lb1)的一端相连，所述第二电感(Lb1)的另一端与第二电容(Cb1)的另一端以及信号“地”相连，所述第二电阻(Rb1)的另一端与第二电压放大器(Ab1)的输出端相连；所述第三电压放大器(Ac1)的输入端与第三电阻(Rc1)的一端、第三电容(Cc1)的一端、第三电感内阻(rc1)的一端相连，所述第三电感内阻(rc1)的另一端与第三电感(Lc1)的一端相连，所述第三电感(Lc1)的另一端与第三电容(Cc1)的另一端以及信号“地”相连，所述第三电阻(Rc1)的另一端与第三电压放大器(Ac1)的输出端相连；所述第四电感(La2)的一端与第四电感内阻(ra2)的一端相连，所述第四电感内阻(ra2)的另一端与第四电容(Ca2)的一端、第一相负载(Ra2)的一端相连，所述第四电感(La2)的另一端与第四电容(Ca2)的另一端、第五电感(Lb2)的一端、第六电感(Lc2)的一端、第五电容(Cb2)的一端、第六电容(Cc2)的一端及信号“地”相连；所述第五电感(Lb2)的一端与第五电感内阻(rb2)的一端相连，所述第五电感内阻(rb2)的另一端与第五电容(Cb2)的一端、第二相负载(Rb2)的一端相连，所述第五电感(Lb2)的另一端与第五电容(Cb2)的另一端、第四电感(La2)的一端、第六电感(Lc2)的一端、第四电容(Ca2)的一端、第六电容(Cc2)的一端及信号“地”相连；所述第六电感(Lc2)的一端与第六电感内阻(rc2)的一端相连，所述第六电感内阻(rc2)的另一端与第六电容(Cc2)的一端、第三相负载(Rc2)的一端相连，所述第六电感(Lc2)的另一端与第六电容(Cc2)的另一端、第四电感(La2)的一端、第五电感(Lb2)的一端、第四电容(Ca2)的一端、第五电容(Cb2)的一端及信号“地”相连；所述第一相负载(Ra2)的一端与第四电容(Ca2)的一端、第四电感内阻(ra2)的一端相连，其另一端与第二相负载(Rb2)的一端、第三相负载(Rc2)的一端及信号“地”相连；所述第二相负载(Rb2)的一端与第五电容(Cb2)的一端、第五电感内阻(rb2)的一端相连，其另一端与第一相负载(Ra2)的一端、第三相负载(Rc2)的一端及信号“地”相连；所述第三相负载(Rc2)的一端与第六电容(Cc2)的一端、第六电感内阻(rc2)的一端相连，其另一端与第一相负载(Ra2)的一端、第二相负载(Rb2)的一端及信号“地”相连。...

【技术特征摘要】
1.一种可自动调节相序的三相无线电能传输系统，其特征在于：所述三相无线电能传输系统包括有第一非线性负阻增益模块、第二非线性负阻增益模块、第三非线性负阻增益模块、第一电容(Ca1)、第一发射线圈(la1)、第二电容(Cb1)、第二发射线圈(lb1)、第三电容(Cc1)、第三发射线圈(lc1)、第一接收线圈(la2)、第四电容(Ca2)、第一相负载(Ra2)、第二接收线圈(lb2)、第五电容(Cb2)、第二相负载(Rb2)、第三接收线圈(lc2)、第六电容(Cc2)和第三相负载(Ra2)；其中，所述第一非线性负阻增益模块由第一电压放大器(Aa1)和第一电阻(Ra1)组成，所述第二非线性负阻增益模块由第二电压放大器(Ab1)和第二电阻(Rb1)组成，所述第三非线性负阻增益模块由第三电压放大器(Ac1)和第三电阻(Rc1)组成，所述第一发射线圈(la1)由第一电感(La1)和第一电感内阻(ra1)组成，所述第二发射线圈(lb1)由第二电感(Lb1)和第二电感内阻(rb1)组成，所述第三发射线圈(lc1)由第三电感(Lc1)和第三电感内阻(rc1)组成，所述第一接收线圈(la2)由第四电感(La2)和第四电感内阻(ra2)组成，所述第二接收线圈(lb2)由第五电感(Lb2)和第五电感内阻(rb2)组成，所述第三接收线圈(lc2)由第六电感(Lc2)和第六电感内阻(rc2)组成；所述第一电压放大器(Aa1)的输入端与第一电阻(Ra1)的一端、第一电容(Ca1)的一端、第一电感内阻(ra1)的一端相连，所述第一电感内阻(ra1)的另一端与第一电感(La1)的一端相连，所述第一电感(La1)的另一端与第一电容(Ca1)的另一端以及信号“地”相连，所述第一电阻(Ra1)的另一端与第一电压放大器(Aa1)的输出端相连；所述第二电压放大器(Ab1)的输入端与第二电阻(Rb1)的一端、第二电容(Cb1)的一端、第二电感内阻(rb1)的一端相连，所述第二电感内阻(rb1)的另一端和第二电感(Lb1)的一端相连，所述第二电感(Lb1)的另一端与第二电容(Cb1)的另一端以及信号“地”相连，所述第二电阻(Rb1)的另一端与第二电压放大器(Ab1)的输出端相连；所述第三电压放大器(Ac1)的输入端与第三电阻(Rc1)的一端、第三电容(Cc1)的一端、第三电感内阻(rc1)的一端相连，所述第三电感内阻(rc1)的另一端与第三电感(Lc1)的一端相连，所述第三电感(Lc1)的另一端与第三电容(Cc1)的另一端以及信号“地”相连，所述第三电阻(Rc1)的另一端与第三电压放大器(Ac1)的输出端相连；所述第四电感(La2)的一端与第四电感内阻(ra2)的一端相连，所述第四电感内阻(ra2)的另一端与第四电容(Ca2)的一端、第一相负载(Ra2)的一端相连，所述第四电感(La2)的另一端与第四电容(Ca2)的另一端、第五电感(Lb2)的一端、第六电感(Lc2)的一端、第五电容(Cb2)的一端、第六电容(Cc2)的一端及信号“地”相连；所述第五电感(Lb2)的一端与第五电感内阻(rb2)的一端相连，所述第五电感内阻(rb2)的另一端与第五电容(Cb2)的一端、第二相负载(Rb2)的一端相连，所述第五电感(Lb...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳峰，谢泽宇，张波，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44