同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC-WPT系统技术方案

本发明专利技术涉及电场耦合无线电能传输(EC

【技术实现步骤摘要】
同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC
‑
WPT系统


[0001]本专利技术涉及电场耦合无线电能传输(EC
‑
WPT)
，尤其涉及一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及基于同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构的EC
‑
WPT系统。

技术介绍

[0002]电场耦合无线电能传输(Electric
‑
field Coupled Wireless Power Transfer,EC
‑ꢀ
WPT)和磁场耦合无线电能传输(Magnetic
‑
field Coupled Wireless PowerTransfer,MC
‑
WPT)作为两种主要的无线电能传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术，已经引起了越来越多的学者关注。EC
‑
WPT系统通过金属极板之间的高频交变电场来传输电能，所采用的电场耦合机构具有设计灵活性高、重量和体积小等优点。近年来，在对体积和重量有严格要求的无人机、水下自主机器人、电动汽车和轨道交通等应用领域中，围绕EC
‑
WPT技术的研究逐渐增多。
[0003]随着电气设备类型的增加，不同功率等级的充电要求也随之增加。以电动车为例，电动汽车、电动卡车和电动公共汽车等不同类型车辆所需的充电功率范围覆盖了3.7kW至22kW。为了适应不同应用的无线充电功率的要求，需要重复研发适用于WPT系统的不同容量的电能变换装置。可扩展的模块化设计作为一种较优的解决思路，通过将多个具有适当功率容量的WPT模块级/并联，从而构建不同功率级别的WPT系统，用以满足实际用电需求。
[0004]然而，现有模块化WPT系统的研究主要集中于MC
‑
WPT技术。在模块化 MC
‑
WPT系统中，多个功率通道之间存在同侧耦合作用，这会影响系统的谐振状态，进而导致系统的传输功率和效率的下降。现有消除模块化MC
‑
WPT系统中不利于系统谐振的同侧耦合影响的方法主要分为电路解耦法和磁路解耦法。
[0005]在电路解耦方法中，为了消除同侧耦合，需要在原始系统中添加附加元件或装置，如辅助电容、共享电容或变压器。这些方法利用附加元件或装置的阻抗来抵消耦合线圈之间因交叉耦合而产生的互感，从而实现电路解耦。然而，由于采用了更多的元器件，这些方法在重量和体积上都没有优势。此外，由此衍生出的高阶补偿网络的参数设计问题也使得系统设计变得更加复杂。
[0006]在磁路解耦方法中，为了消除同侧耦合，设计了多种带有两个解耦线圈的传能线圈，如双极线圈、DDQ线圈以及四极环线圈等。通过合理设计绕组的形状和相对位置，能够使得两个线圈之间的互感为零。这种方法从根本上解决了线圈之间的交叉耦合，相比于电路解耦法更简单直接。然而，这些现有方法仅适用于MC
‑
WPT系统中耦合线圈的解耦。类似于MC
‑
WPT系统，在具有多发射和/或多接收的电场耦合机构中，各耦合极板之间也存在复杂的耦合电容。多发射多接收EC
‑
WPT系统耦合机构的交叉耦合也会影响系统的运行状态，而该问题尚未得到重视和有效解决。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC
‑
WPT系统，解决的技
术问题在于：多发射多接收的电场耦合机构中，各耦合极板之间存在复杂的耦合电容，影响了系统的运行状态。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构，包括多发射结构和多接收结构，所述多发射结构包括4
×
2阵列式排布的 8块子发射极板p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8，所述多接收结构包括4
×
2阵列式排布的8块子接收极板p9、p
10
、p
11
、p
12
、p
13
、p
14
、p
15
、p
16
，所述多发射结构和所述多接收结构共包括16块耦合极板，每块所述耦合极板的长和宽均分别为l
p2
和l
p1
；
[0009]横向顺序排布的4块子发射极板p1、p2、p3、p4与横向顺序排布的p5、p6、p7、p8之间的间距为d
p2
，4块子发射极板p1、p2、p3、p4相邻的两个极板之间的距离等于4块子发射极板p5、p6、p7、p8相邻的两个极板之间的距离等于d
p1
，子接收极板p9、p
10
、p
11
、p
12
、p
13
、p
14
、p
15
、p
16
与8块子发射极板p1、p2、p3、 p4、p5、p6、p7、p8上下对称设置；
[0010]子发射极板p1、p2连接作为发射极板P1，子发射极板p3、p4连接作为发射极板P2，子发射极板p6、p7连接作为发射极板P3，子发射极板p5、p8连接作为发射极板P4；
[0011]子接收极板p9、p
10
连接作为接收极板P5，子接收极板p
11
、p
12
连接作为接收极板P6，子接收极板p
14
、p
15
连接作为接收极板P7，子接收极板p
13
、p
16
连接作为接收极板P8。
[0012]具体的，所述多发射结构和所述多接收结构之间的距离为h。
[0013]优选的，所述耦合极板采用铝板。
[0014]本专利技术还提供一种基于同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构的EC
‑
WPT 系统，包括发射端和接收端；
[0015]所述发射端包括直流电源，并联连接所述直流电源的第一高频逆变器、第二高频逆变器，以及连接所述第一高频逆变器的第一发射端谐振网络和连接所述第一发射端谐振网络的所述发射极板P1、所述发射极板P2，连接所述第二高频逆变器的第二发射端谐振网络和连接所述第二发射端谐振网络的所述发射极板P3、发射极板P4；
[0016]所述接收端包括所述接收极板P5、所述接收极板P6，以及连接所述接收极板P5、所述接收极板P6的第一接收端谐振网络，连接所述第一接收端谐振网络的第一整流器，连接所述第一整流器的滤波电路，连接所述滤波电路的负载；所述接收端还包括所述接收极板P7、所述接收极板P8，以及连接所述接收极板 P7、所述接收极板P8的第二接收端谐振网络，连接所述第二接收端谐振网络的第二整流器，所述第二整流器并联连接所述滤波电路。
[0017]优选的，所述第一高频逆变器与所述第二高频逆变器的驱动信号保持一致，即两者产生的高频交流电压相位相同。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构，其特征在于，包括多发射结构和多接收结构，所述多发射结构包括4
×
2阵列式排布的8块子发射极板p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8，所述多接收结构包括4
×
2阵列式排布的8块子接收极板p9、p
10
、p
11
、p
12
、p
13
、p
14
、p
15
、p
16
，所述多发射结构和所述多接收结构共包括16块耦合极板，每块所述耦合极板的长和宽均分别为l
p2
和l
p1
；横向顺序排布的4块子发射极板p1、p2、p3、p4与横向顺序排布的p5、p6、p7、p8之间的间距为d
p2
，4块子发射极板p1、p2、p3、p4相邻的两个极板之间的距离等于4块子发射极板p5、p6、p7、p8相邻的两个极板之间的距离等于d
p1
，子接收极板p9、p
10
、p
11
、p
12
、p
13
、p
14
、p
15
、p
16
与8块子发射极板p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8上下对称设置；子发射极板p1、p2连接作为发射极板P1，子发射极板p3、p4连接作为发射极板P2，子发射极板p6、p7连接作为发射极板P3，子发射极板p5、p8连接作为发射极板P4；子接收极板p9、p
10
连接作为接收极板P5，子接收极板p
11
、p
12
连接作为接收极板P6，子接收极板p
14
、p
15
连接作为接收极板P7，子接收极板p
13
、p
16
连接作为接收极板P8。2.根据权利要求1所述的同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构，其特征在于，所述多发射结构和所述多接收结构之间的距离为h。3.根据权利要求2所述的同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构，其特征在于：所述耦合极板采用铝板。4.基于权利要求1～3任一项所述同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构的EC
‑
WPT系统，其特征在于：包括发射端和接收端；所述发射端包括直流电源，并联连接所述直流电源的第一高频逆变器、第二高频逆变器，以及连接所述第一高频逆变器的第一发射端谐振网络和连接所述第一发射端谐振网络的所述发射极板P1、所述发射极板P2，连接所述第二高频逆变器的第二发射端谐振网络和连接所述第二发射端谐振网络的所述发射极板P3、所述发射极板P4；所述接收端包括所述接收极板P5、所述接收极板P6，以及连接所述接收极板P5、所述接收极板P6的第一接收端谐振网络，连接所述第一接收端谐振网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玮，高侨，唐丁源，陈泽林，郑宇锋，蓝嘉豪，麦瑞坤，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：