一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置。所述无线电能传输装置包括所述无线电能传输装置包括发射侧和接收侧，并且，所述发射侧和接收侧相对设置形成耦合感应；其中，所述发射侧包括耦合线圈L

【技术实现步骤摘要】
一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置


[0001]本专利技术提出了一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置，属于无线电能传输


技术介绍

[0002]无线电能传输技术摆脱了电缆的束缚，磁耦合机构的发射侧和接收侧间具有一定的传输距离，没有物理连接，所以两侧线圈容易发生偏移是无线电能传输系统的特点之一。收发侧间相对位置的变化会造成互感的波动，从而导致输出的不稳定及系统效率的降低。相对位置的变化不仅包括了耦合机构的径向偏移，实际应用中收发侧轴向间的垂直距离也常常发生变化。为保证系统稳定运行及能量的高效传输，迫切需要一种兼具强偏移及垂直距离适应性的宽距离适应性无线电能传输装置及参数设计方法，实现偏移及传输距离变化时能量的高效稳定输出。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有无线电能传输系统中因偏移及垂直距离变化导致输出不稳定问题，提出一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置及参数设计方法，无需复杂控制电路，通过对无线电能传输装置的线圈结构，补偿拓扑及参数的设计，使系统本身就具备恒定的输出能力，实现宽距离范围内能量的稳定传输，所采取的技术方案如下：
[0004]一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置，所述无线电能传输装置包括所述无线电能传输装置包括发射侧和接收侧，并且，所述发射侧和接收侧相对设置形成耦合感应；其中，所述发射侧包括耦合线圈L
f
、耦合线圈L
p
、发射补偿线圈L
f1
、发射补偿电容C
pf
、直流电源和逆变电路；所述接收侧包括接收线圈L
s
、接收补偿电容C
s
、整流滤波电路和等效负载R
L
。
[0005]进一步地，所述耦合线圈L
f
和耦合线圈L
p
共面设置于平板磁芯上，并且，所述耦合线圈L
f
与接收线圈L
s
间互感M
fs
随偏移距离变化的程度及随传输距离变化的程度分别大于耦合线圈L
p
与接收线圈L
s
间互感M
ps
随偏移距离变化的程度及随传输距离变化的程度即满足
[0006]进一步地，所述耦合线圈L
f
设置于发射侧耦合机构的平面内侧，耦合线圈L
p
位于发射侧耦合机构的平面外侧，并且，所述耦合线圈L
f
和耦合线圈L
p
采用同心环结构设置。
[0007]进一步地，所述耦合线圈L
f
的非同名端与耦合线圈L
p
的同名端连接；所述发射补偿线圈L
f1
一端与逆变电路输出端A连接，另一端与耦合线圈L
f
的同名端连接；所述发射补偿电容C
pf
一端与逆变电路输出端B连接，另一端与耦合线圈L
f
与耦合线圈L
p
的公共连接点相联。
[0008]进一步地，所述发射补偿线圈L
f1
和耦合线圈L
f
位于发射侧并联支路I上；所述发射补偿电容C
pf
位于发射侧并联支路II上；所述耦合线圈L
p
位于发射侧并联支路III上；并且，所述发射侧并联支路I呈感性；所述发射侧并联支路III呈感性；所述发射侧并联支路I的等
效电感L
fe
大于发射侧并联支路III的等效电感L
pe
。
[0009]进一步地，所述接收线圈L
s
和接收补偿电容C
s
和系统工作频率ω满足ω＝1/(L
s
C
s
)
0.5
。
[0010]进一步地，所述无线电能传输装置的参数设计方法包括：
[0011]步骤1、针对所述无线电能传输装置的电路参数进行设置，其中，所述电路参数包括无线电能传输装置所包含的所有耦合关系模型；
[0012]步骤2、针对所述无线电能传输装置的线圈参数进行设置；
[0013]步骤3、针对所述无线电能传输装置的拓扑补偿参数进行设置。
[0014]进一步地，步骤1所述的针对所述无线电能传输装置的电路参数进行设置，其中，所述电路参数包括无线电能传输装置所包含的所有耦合关系模型，包括：
[0015]步骤101：建立双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输系统的等效电路模型；
[0016]步骤102：计算各回路电流与耦合机构参数间的关系，关系模型为
[0017][0018]其中，M
fs
为耦合线圈L
f
与接收线圈L
s
间互感，M
ps
为耦合线圈L
p
与接收线圈L
s
间互感，M
fp
为耦合线圈L
f
与耦合线圈L
p
间的互感，α＝
‑
(M
fs
+M
ps
)2ω+ω3(M
ps2
L
fe
+M
fs2
L
pe
)C
e
，β＝R
EF
(L
fe
(
‑
1+ω2L
pe
C
e
)
‑
L
pe
)，L
fe
＝L
f1
+L
f
+M
fp
，L
pe
＝L
p
+M
fp
，ω为系统工作频率，C
e
为发射侧并联支路II等效电容，U
s
为逆变输出电压，R
EF
为整流桥输入等效交流电阻。
[0019]步骤103：计算电容C
e
与耦合机构参数间的关系，关系模型为
[0020][0021]其中，调节因子
[0022]步骤104：计算发射侧并联支路I的补偿线圈L
f1
与耦合机构参数间的关系，关系模型为
[0023]L
f1
＝λL
p
‑
L
f
+(λ
‑
1)M
fp
[0024]步骤105：计算发射侧并联支路II的补偿电容C
pf
与耦合机构参数间的关系，关系模型为
[0025]步骤106：计算负载电流I
oN
与耦合机构参数间的关系，关系模型为
[0026][0027]其中，U
d
为逆变器直流输入电压，M
eq
为收发侧间等效互感，定义为M
eq
＝M
f本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输装置，其特征在于，所述无线电能传输装置包括所述无线电能传输装置包括发射侧和接收侧，并且，所述发射侧和接收侧相对设置形成耦合感应；其中，所述发射侧包括耦合线圈L
f
、耦合线圈L
p
、发射补偿线圈L
f1
、发射补偿电容C
pf
、直流电源和逆变电路；所述接收侧包括接收线圈L
s
、接收补偿电容C
s
、整流滤波电路和等效负载R
L
。2.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述耦合线圈L
f
和耦合线圈L
p
共面设置于平板磁芯上，并且，所述耦合线圈L
f
与接收线圈L
s
间互感M
fs
随偏移距离变化的程度及随传输距离变化的程度分别大于耦合线圈L
p
与接收线圈L
s
间互感M
ps
随偏移距离变化的程度及随传输距离变化的程度即满足即满足3.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述耦合线圈L
f
设置于发射侧耦合机构的平面内侧，耦合线圈L
p
位于发射侧耦合机构的平面外侧，并且，所述耦合线圈L
f
和耦合线圈L
p
采用同心环结构设置。4.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述耦合线圈L
f
的非同名端与耦合线圈L
p
的同名端连接；所述发射补偿线圈L
f1
一端与逆变电路输出端A连接，另一端与耦合线圈L
f
的同名端连接；所述发射补偿电容C
pf
一端与逆变电路输出端B连接，另一端与耦合线圈L
f
与耦合线圈L
p
的公共连接点相联。5.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述发射补偿线圈L
f1
和耦合线圈L
f
位于发射侧并联支路I上；所述发射补偿电容C
pf
位于发射侧并联支路II上；所述耦合线圈L
p
位于发射侧并联支路III上；并且，所述发射侧并联支路I呈感性；所述发射侧并联支路III呈感性；所述发射侧并联支路I的等效电感L
fe
大于发射侧并联支路III的等效电感L
pe
。6.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述接收线圈L
s
、接收补偿电容C
s
和系统工作频率ω满足ω＝1/(L
s
C
s
)
0.5
。7.根据权利要求1所述无线电能传输装置，其特征在于，所述无线电能传输装置的参数设计方法包括：步骤1、针对所述无线电能传输装置的电路参数进行设置，其中，所述电路参数包括无线电能传输装置所包含的所有耦合关系模型；步骤2、针对所述无线电能传输装置的线圈参数进行设置；步骤3、针对所述无线电能传输装置的拓扑补偿参数进行设置。8.根据权利要求7所述参数设计方法，其特征在于，步骤1所述的针对所述无线电能传输装置的电路参数进行设置，其中，所述电路参数包括无线电能传输装置所包含的所有耦合关系模型，包括：步骤101：建立双耦合线圈的宽距离适应性无线电能传输系统的等效电路模型；步骤102：计算各回路电流与耦合机构参数间的关系，关系模型为
其中，M
fs
为耦合线圈L
f
与接收线圈L
s
间互感，M
ps
为耦合线圈L
p
与接收线圈L
s
间互感，M
fp
为耦合线圈L
f
与耦合线圈L
p
间的互感，α＝
‑
(M
fs
+M
ps
)2ω+ω3(M
ps2
L
fe
+M
fs2
L
pe
)C
e
，β＝R
EF
(L
fe
(
‑
1+ω2L
pe
C
e
)
‑
L
pe
)，L
fe
＝L
f1
+L
f
+M
fp
，L
pe
＝L
p
+M
fp
，ω为系统工作频率，C
e
为发射侧并联支路II等效电容，U
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏国，冯静，朱春波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：