本发明专利技术属于无线电能传输领域，涉及一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，包括：高频逆变电路、原边补偿网络、原边DD线圈、副边DD线圈、副边补偿网络和整流电路；高频逆变电路的输入端连接交流激励电压源，高频逆变电路的输出端连接原边补偿网络；原边补偿网络连接原边DD线圈，原边DD线圈与副边DD线圈耦合，副边DD线圈连接副边补偿网络，副边补偿网络和整流电路与负载连接。其通过将常规DD线圈的导线进行分组排列，在收发线圈发生相对偏移的情况下，保证了接收平面磁场的均匀特性，提升了整体系统的偏移容忍度，且设计方案简单，具有好的拓展性。具有好的拓展性。具有好的拓展性。
【技术实现步骤摘要】
基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法
[0001]本专利技术涉及一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，属于无线电能传输领域。
技术介绍
[0002]随着用电场景的多元化和智能仪器的快速发展，传统的有线电能传输方式存在线路老化和接触起火的风险，在高温高压等恶劣环境中存在安全隐患。而无线电能传输的发射端与接收端之间不存在电气接触，相比有线电能传输更加灵活、稳定、安全，在近年来得到了迅猛的发展。
[0003]在静态无线电能传输过程中，收发线圈间的相对偏移会增加系统的损耗、降低系统的传输效率，从而影响系统的传输稳定性。发射侧耦合线圈结构会影响整体充电区域的磁场分布，在接收平面产生均匀纵向磁场可以保证收发线圈间互感的相对稳定，限制耦合结构周围的磁感应强度能够减少充电过程中的安全隐患。因此，在双线圈耦合结构的基础上，如何有效设计发射线圈的形状、匝数以及匝间距，使得接收平面产生均匀纵向磁场，对保证系统的高偏移容忍度具有重要意义。
[0004]现有技术中通过合理设计线圈的匝数以及匝间距可以有效控制空间磁场的分布，保证接收线圈磁通量的相对恒定。基于这种特性，Zhang,Y.等(Zhang,Y.；Wang,L.；Guo Y.Optimization of Planar Rectangular Coil Achieving Uniform Magnetic Field Distribution for EV Wireless Charging Based on Genetic Algorithm.IET Power Electronics,2019,12(10):2706
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2712)基于遗传算法对矩形线圈的尺寸、匝间距、匝数、充电区域及传输距离进行分组优化，实现抗偏移的特性。该方案研究对象仅限于矩形线圈，拓展至其他线圈则会大大增加复杂度。Liu,X.等(Liu,X.；Hui,S.Optimal Design of a Hybrid Winding Structure for Planar Contactless Battery Charging Platform.IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS PE,2008,23(1):455
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463.)提出了一种将平面圆形线圈与螺旋线圈相结合的复合线圈结构，通过补偿平面线圈的凹型磁场以及螺旋线圈的凸型磁场，优化了接收平面磁场的均匀特性。该方案利用两组激励电路来分别控制两种线圈，提升了系统的控制复杂度。
[0005]此外，也有研究通过增加线圈个数，提升接收平面纵向磁场分布的均匀程度。但这类方案都需要牺牲发射线圈的有效传输距离，由多组激励电路控制的发射线圈阵列还需要有效的实时电路控制方案，增加了系统的复杂程度。
技术实现思路
[0006]针对上述问题，本专利技术的目的是提供了一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，其通过将常规DD线圈的导线进行分组排列，在收发线圈发生相对偏移的情况下，保证了接收平面磁场的均匀特性，提升了整体系统的偏移容忍度，且设计方案简单，具有好的拓展性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，包括：高频逆变电路、原边补偿网络、原边DD线圈、副边DD线圈、副边补偿网络和整流电路；高频逆变电路的输入端连接交流激励电压源，高频逆变电路的输出端连接原边补偿网络；原边补偿网络连接原边DD线圈，原边DD线圈与副边DD线圈耦合，副边DD线圈连接副边补偿网络，副边补偿网络和整流电路与负载连接。
[0008]进一步，原边DD线圈由两个线圈组成，两个线圈结构相同，导线绕向相反，电流流经原边补偿网络时，从其中一个线圈流入，并由另一个线圈流出，后到达高频逆变器的输出端后，原边DD线圈与副边DD线圈发生耦合，在副边DD线圈中产生感应电流。
[0009]进一步，副边DD线圈由单组线圈构成，副边耦合DD线圈的尺寸小于原边DD线圈，副边DD线圈一端与第三电容相连，另一端与第四电容以及整流电路第二输入端相连。
[0010]进一步，原边补偿网络包括第一电容、第二电容以及第三电感，第一电容、第二电容与原边DD线圈串联，第三电感与第一电容和第二电容并联，高频逆变器的第一输出端连接第三电感，高频逆变器的第二输出端与第二电容以及原边DD线圈相连接。
[0011]进一步，副边补偿网络包括第三电容、第四电容和第四电感，第三电容、第四电容和副边DD线圈串联，第四电感与第三电容和第四电容并联，整流电路的第一输入端与第四电感相连，整流电路的第二输入端与副边线圈以及第四电容相连。
[0012]进一步，在原边DD线圈的下方和副边DD线圈的上方设置屏蔽铁氧体材料，屏蔽铁氧体材料采用全屏蔽式设置，原边DD线圈与副边DD线圈平行。
[0013]本专利技术还公开了一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置的参数设定方法，用于上述任一项的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，包括以下步骤：调整原边DD线圈和副边DD线圈的尺寸，获得空间磁场均匀程度最高时的原边DD线圈尺寸和副边DD线圈尺寸；保持原边DD线圈尺寸和副边DD线圈尺寸，且恒定原边DD线圈和副边DD线圈的外径，调整线圈匝数和线圈的匝间距，获得接收平面纵向磁场均匀程度最高时的线圈匝数和线圈的匝间距；进一步调整线圈匝数和线圈的匝间距，获得磁场均匀程度最高时的线圈匝数和线圈的匝间距；保持原边DD线圈和副边DD线圈的外径和内径不变，改变DD线圈的导线排列方式，获得磁场均匀程度最高时的导线排列方式；调整充电场景条件，根据磁感应强度在平面内的偏离系数，获得磁场均匀程度最高时的充电场景条件；将最佳的线圈匝数、线圈的匝间距、导线排列方式和充电场景条件设定为最优的参数方案。
[0014]进一步，线圈的匝间距的计算公式为：
[0015][0016]其中，A为原边DD线圈和副边DD线圈的外径；P
g
为线圈的匝间距；a为原边DD线圈和副边DD线圈的内径；p为组内匝间距；N为线圈的匝数。
[0017]进一步，充电场景条件包括：副边充电区域以及传输距离。
[0018]进一步，在场点处产生的磁感应强度的计算公式为：
[0019]B
nz
＝∮dB＝μ0I(B1→2(
‑
dB
y
)+B2→3(
‑
dB
x
))/4π+μ0I(B3→4·
dB
y
+B4→1·
dB
x
)/4π
[0020]其中，μ0为真空磁导率，I为原边线圈中的电流，当电流元的方向分别为X方向和Y方向时，其在场点处产生的纵向磁感应强度分别表示为dB
x
和dB
y
；1、2、3、4分别代表矩形闭合回路的四处节点；
[0021]最终整体原边线圈在接收平面处场点产生的轴向磁感应强度为B：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，包括：高频逆变电路、原边补偿网络、原边DD线圈、副边DD线圈、副边补偿网络和整流电路；所述高频逆变电路的输入端连接交流激励电压源，所述高频逆变电路的输出端连接所述原边补偿网络；所述原边补偿网络连接所述原边DD线圈，所述原边DD线圈与副边DD线圈耦合，所述副边DD线圈连接副边补偿网络，所述副边补偿网络和整流电路与负载连接。2.如权利要求1所述的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，所述原边DD线圈由两个线圈组成，所述两个线圈结构相同，导线绕向相反，电流流经所述原边补偿网络时，从其中一个线圈流入，并由另一个线圈流出，后到达所述高频逆变器的输出端后，所述原边DD线圈与所述副边DD线圈发生耦合，在所述副边DD线圈中产生感应电流。3.如权利要求1所述的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，所述副边DD线圈由单组线圈构成，所述副边耦合DD线圈的尺寸小于所述原边DD线圈，所述副边DD线圈一端与第三电容相连，另一端与第四电容以及整流电路第二输入端相连。4.如权利要求1
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3任一项所述的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，所述原边补偿网络包括第一电容、第二电容以及第三电感，所述第一电容、第二电容与所述原边DD线圈串联，所述第三电感与第一电容和第二电容并联，所述高频逆变器的第一输出端连接所述第三电感，所述高频逆变器的第二输出端与第二电容以及所述原边DD线圈相连接。5.如权利要求1
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3任一项所述的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，所述副边补偿网络包括第三电容、第四电容和第四电感，所述第三电容、第四电容和所述副边DD线圈串联，所述第四电感与第三电容和第四电容并联，所述整流电路的第一输入端与第四电感相连，所述整流电路的第二输入端与副边线圈以及第四电容相连。6.如权利要求1
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3任一项所述的基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，其特征在于，在所述原边DD线圈的下方和所述副边DD线圈的上方设置屏蔽铁氧体材料，所述屏蔽铁氧体材料采用全屏蔽式设置，所述原边DD线圈与副边DD线圈平行。7.一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置的参数设定方法，其特征在于，用于如权利要求1
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6任一项所述的基于组合型DD线圈的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉莉，张弛，孙红军，张明，葛富辰，曹旭东，朱丽萍，魏学良，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
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