[实用新型]一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑

说明书

本实用新型公开了一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，控制模块输出高频逆变器的驱动方波信号，使得高频逆变器的输出电压为双频或多频电压的混合叠加。经原边多频共用补偿网络后，双频或多频电流同时激励原边发射线圈，通过磁场耦合将多频能量并行传输到到接收模块，接收模块实现双频或多频能量分离，解耦传输，分别输出频率为各频率的交流电压或电流，分别整流滤波后再组合输出给负载供电。本拓扑使得不同频率下的输出随互感变化趋势不一致，组合输出后得到随互感变化不敏感的输出电压或电流，大大减小了因发射线圈与接收线圈相对位置改变导致的输出波动，保证了高偏移工况下的无线电能传输系统的稳定输出。

技术领域

本实用新型涉及一种具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，属于电能变换领域。

背景技术

感应式无线电能传输利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(用电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电，具有广泛的应用前景。

然而，非接触变压器原副边相对位置改变使得变压器参数大范围变化，导致系统输出的波动和传输效率的显著下降，限制了WPT技术的推广与应用。为了提高无线电能传输系统的抗偏移能力，奥克兰Mickel Budhia,John T.Boys,Grant A.Covic and Chang-YuHuang,Development of a Single-Sided Flux Magnetic Coupler for ElectricVehicle IPT Charging SystemsIEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.60,no.1,Ja₁nuary 2013提出在非接触变压器副边两绕组(被简称DD绕组)中间叠加与副边绕组重叠的第三绕组(被简称Q绕组)，减小次级输出功率的横向错位敏感度，较好地解决了错位时处于“进、出磁通完全抵消”的“感应盲点”而影响变压器功率传输能力的问题。但是这种DDQ的绕组结构仅能改善非接触变压器在横向错位条件下的输出特性，对原副边垂直距离的变化(即气隙变化)，这种“DDQ”的绕组结构的输出特性仍有很大变化。考虑到实际应用中非接触变压器原副边之前气隙大小以及错位情况的不确定性，仍需要进一步探讨研究。

中国专利201720241345.5，一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路利用非接触变换器，在恒压源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数(互感)成反比，在恒流源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数(互感)成正比的特性，将电压源与电流源复合激励，组合输出，减小因互感改变而引起的系统输出波动。L.Zhao,D.J.Thrimawithana,U.K.Madawala,A.P.Hu,and C.C.Mi.A misalignment-tolerantseries-hybrid wireless EV ch₁rging system with integrated magnetics,IEEETransactions on Power Electronics,2019,34(2):1276-1285.提出将LCC/LCC补偿拓扑与S/S补偿拓扑在输入侧串联、输出侧串联连接，获得随互感非单调变化的输出特性，提高错位容忍度。但是已有的组合输出提高错位容忍度的技术方案均需要两套变压器绕组，用铜量大，成本高；且外特性受限于非接触变压器的结构，在角向、对角线等复杂错位工况下交叉原副边的磁通耦合不可忽略，导致组合变换器的输出特性复杂，参数设计困难，只能在某些特定偏移方向下获得稳定的输出。考虑到实际应用中，原副边相对位置的偏移可能是任意方向的，需要提出新的解决方案。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，在任意偏移方向下均具有较小的输出波动。