【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁耦合无线电能传输(mc-wpt)，尤其涉及任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统。
技术介绍
1、无人驾驶汽车等智能车辆在运输和物流领域具有广泛的应用前景，无线电能传输(wpt)技术是支持无人操作、提高设备续航能力不可或缺的支撑技术。磁耦合无线电能传输(mc-wpt)技术是目前技术最成熟、应用最广泛的wpt技术，已逐渐应用于消费电子、家用电器和电动汽车等领域。
2、目前对mc-wpt系统大多数研究都是针对工作频率固定的磁耦合谐振式系统。但对于无人地面车辆(ugv)等设备，工况伴随着较大的耦合偏移，并且需要保证较大的功率输出、保障较高的传输效率。实本征态模式相较于磁耦合谐振模式具有无可比拟的优势：1)实本征态模式的工作频率始终为系统的谐振频率，系统谐振下的输出电流较大，输出功率较高；2)实本征态模式的阻抗特性始终为零相角(zpa)，能够保障系统拥有较高的传输效率；3)实本征态模式无需增加额外的阻抗匹配网络和抗偏移耦合机构来消除频率分裂的影响。
3、与磁耦合谐振模式系统相比，实本征态模式系统具有以下特点：1)实本征态模式的系统谐振频率受奇异点的影响，系统谐振频率仅在强耦合区能够有实解，在弱耦合区的解为复数值，导致实本征态模式无法在弱耦合区工作；2)实本征态模式的输出功率固定，与系统的耦合情况无关，仅受激励电压的影响，但高频功率开关器件的耐压值一般较低，难以提升系统的输出功率。
4、实本征态mc-wpt技术近年来备受关注，但相关研究尚少，需要进一步研究。现有关于实本征态技术
5、对于解决弱耦合区实本征态模式不适用的问题，采用参数优化的方法，往往需要调整系统的电参数特性。实本征态模式的奇异点与mc-wpt系统的补偿电容、线圈电感、内阻和负载电阻有关。电感和电容相匹配，而对于电感的优化，在一定应用场景下对线圈粗细、大小和体积有着严格限制。线路内阻的优化也只能在一定程度上降低，器件的内阻始终存在。而负载电阻的调整往往需要额外的电路器件，不仅增加了系统的复杂性，还会带来额外的损耗。此外，参数优化只能在一定程度改变奇异点，减小弱耦合区的范围，但弱耦合区依然存在，仍然不能解决弱耦合区实本征态模式无法工作的问题。
6、而采用在弱耦合区切换为其他模式的方法，由于工作模式的不同，各个模式之间的耦合区域存在的差异，耦合区域并不能严格互补。一方面可能会存在工作模式的真空，另一方面也需要增加额外的控制电路，会导致不同模式之间的切换过于复杂。
7、对于实本征态模式输出功率固定的问题，采用参数优化的方法对输出功率的提高有限。输出功率与负载电阻和线路内阻有关，因此，对负载电阻优化同样需要额外的电路器件，对线路内阻优化也存在提升有限的问题。
8、综上所述，实本征态模式的进一步发展具有广阔的前景，但相关研究仍然很少。现有的研究课题主要是用来消除频率分裂、提升强耦合区的能效表现、改善系统的抗偏移特性和优化系统的电参数。但是，无论是研究奇异点外的弱耦合区实本征态模式不适用情况，还是研究输出功率固定难以提升的情况，目前都没有很好的解决方案。现有方法难以同时考虑实本征态的有效传能范围和输出功率固定的问题。目前还没有既能够提升实本征态mc-wpt系统有效传能范围，实现任意范围的实本征态范围传能，还可以满足在固定输出功率的基础上提升系统输出功率的方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，解决的技术问题在于：如何提升实本征态mc-wpt系统有效传能范围，实现任意范围的实本征态范围传能，还可以满足在固定输出功率的基础上提升系统输出功率。
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，包括发射电路、接收电路、补偿电路和控制电路；发射电路设有发射线圈l1，所述接收电路设有接收线圈ls1，所述补偿电路设有补偿线圈l2；所述控制电路用于采集实际应用场景的耦合互感m1s、m2s和m12，并根据m1s、m2s和m12，在补偿线圈的最优效率补偿策略、功率分配策略、系统谐振的参数条件、实本征态的参数设置条件、实本征态的零相角特性的约束下，确定施加给发射线圈逆变器、补偿线圈逆变器的控制信号，m1s表示发射线圈l1和接收线圈ls1之间的互感，m2s表示接收线圈ls1与补偿线圈l2之间的互感，m12表示发射线圈l1与补偿线圈l2之间的互感。
3、优选地，所述控制电路施加给发射线圈逆变器的控制信号为：
4、角频率为ω、幅值和相位为的信号；
5、所述控制电路施加给补偿线圈逆变器的控制信号为：
6、角频率为ω、幅值和相位为的信号；
7、为参考电压，ω、具体如下：
8、
9、
10、其中，自定义的参数λ＝m1s(m1s+αm2s)，α表示根据m1s、m2s、m12以及最优效率补偿策略和最优功率分配策略确定的补偿线圈l2与发射线圈l1之间的电流幅值比；ls＝ls1+ls2表示所述接收电路的电感，ls2表示接收线圈ls1的串联补偿集总电感，l1＝l2＝ls1＝l；rs＝rs1+rl表示所述接收电路的电阻，rl表示负载电阻，rs1表示接收线圈的内阻；c＝c1＝c2＝cs，c1表示发射线圈l1的串联补偿电容，c2表示补偿线圈l2的串联补偿电容，cs表示接收线圈ls1的串联补偿电容；xs＝ωls-1/(ωcs)表示所述接收电路的电抗，x2＝ωl2-1/(ωc2)表示所述补偿电路的电抗；r2＝r1＝rs1＝r，r1、r2分别表示发射线圈、补偿线圈的内阻；表示根据实本征态的零相角特性约束确定的发射线圈电流。
11、优选地，电流幅值比α通过以下步骤确定：
12、根据m1s、m2s、m12确定补偿线圈电流幅值比的最小补偿值
13、
14、根据补偿线圈l2的最优效率补偿策略，确定补偿线圈电流幅值比的最优值
15、
16、根据功率分配策略，确定补偿线圈的电流幅值比α＝max(αmin,αopt)，算子max(·)为选择αmin和αopt中的最大值。
17、优选地，系统谐振的参数条件为：
18、优选地，根据实本征态的参数设置条件，确定接收线圈的补偿电感ls2＝αm12。
19、优选地，根据实本征本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，包括发射电路、接收电路、补偿电路和控制电路；所述发射电路设有发射线圈L1，所述接收电路设有接收线圈Ls1，所述补偿电路设有补偿线圈L2；所述控制电路用于采集实际应用场景的耦合互感M1s、M2s和M12，并根据M1s、M2s和M12，在补偿线圈的最优效率补偿策略、功率分配策略、系统谐振的参数条件、实本征态的参数设置条件、实本征态的零相角特性的约束下，确定施加给发射线圈逆变器、补偿线圈逆变器的控制信号，M1s表示发射线圈L1和接收线圈Ls1之间的互感，M2s表示接收线圈Ls1与补偿线圈L2之间的互感，M12表示发射线圈L1与补偿线圈L2之间的互感。
2.根据权利要求1所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，电流幅值比α通过以下步骤确定：
4.根据权利要求3所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，系统谐振的参数条件
5.根据权利要求
6.根据权利要求5所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于：根据实本征态的零相角特性约束，确定发射线圈的电流
7.根据权利要求2～6任一项所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，所述控制电路根据M1s、M2s和M12，在补偿线圈的最优效率补偿策略、功率分配策略、系统谐振的参数条件、实本征态的参数设置条件、实本征态的零相角特性的约束下，确定施加给发射线圈逆变器、补偿线圈逆变器的控制信号，具体包括步骤：
8.根据权利要求7所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，所述步骤S1具体包括步骤：
9.根据权利要求8所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，所述步骤S5具体包括步骤：
10.根据权利要求9所述的任意距离范围内高效传能的实本征态MC-WPT系统，其特征在于，在所述步骤S1前，还包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，其特征在于，包括发射电路、接收电路、补偿电路和控制电路；所述发射电路设有发射线圈l1，所述接收电路设有接收线圈ls1，所述补偿电路设有补偿线圈l2；所述控制电路用于采集实际应用场景的耦合互感m1s、m2s和m12，并根据m1s、m2s和m12，在补偿线圈的最优效率补偿策略、功率分配策略、系统谐振的参数条件、实本征态的参数设置条件、实本征态的零相角特性的约束下，确定施加给发射线圈逆变器、补偿线圈逆变器的控制信号，m1s表示发射线圈l1和接收线圈ls1之间的互感，m2s表示接收线圈ls1与补偿线圈l2之间的互感，m12表示发射线圈l1与补偿线圈l2之间的互感。
2.根据权利要求1所述的任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，其特征在于，电流幅值比α通过以下步骤确定：
4.根据权利要求3所述的任意距离范围内高效传能的实本征态mc-wpt系统，其特征在于，系统谐振的参数条件
5.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖志娟，任文，易佳林，陈政，夏晨阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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