[发明专利]基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构及其方法

说明书

本发明涉及一种基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构，包括发射线圈电路、中继线圈电路和接收线圈电路；所述发射线圈电路包括依次串联连接形成回路的电压源U_in和发射线圈回路补偿电容C_S和发射线圈L₁；所述中继线圈电路包括串联连接的中继线圈L_r和中继线圈回路补偿电容C_r；所述接收线圈电路包括并联连接的接收线圈L₂，第二补偿电容C_P2和负载。本发明中继线圈不工作于谐振状态，系统只有两个谐振环节，较传统的三线圈结构不易出现失谐问题。

技术领域

本发明涉及三线圈磁耦合领域，具体涉及一种基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构及其方法。

背景技术

随着电动汽车产业的快速发展，人们对充电系统的安全性、便捷性提出了更高的要求。因此，电动汽车的非接触式充电系统也得到了越来越广泛的应用。当传输距离增加，无线电能传输系统的传输效率迅速下降。为解决这一问题，在发射线圈与接收线圈中间插入中继线圈是增大无线能量传输距离的简单易行、经济实惠的有效途径。

中继线圈的存在起到能量中转站的作用，但该系统存在多条功率传输路径，使系统的补偿网络设计复杂且难以获得较好的输出特性。

目前，现有的补偿方式是控制各线圈自感与补偿电容的谐振频率一致，来提高系统的能量传输能力。但这样的补偿方式，第一，负载的输出特性由整个磁耦合系统决定，且无法完全补偿系统的内电抗，输出稳压特性较差。第二，应用中含中继线圈的磁耦合系统存在三个谐振频率，相比于不含中继线圈的两线圈系统更容易出现补偿网络失谐问题。第三，含中继线圈的磁耦合系统存在交叉耦合问题，现有技术在各线圈谐振补偿网络的基础上，通过添加阻抗匹配网络或串联电抗补偿的方式，来消除交叉耦合效应的影响。但这样的补偿方式需要增加器件数量，并且磁耦合系统一旦给定其输出特性就完全确定，无法通过补偿网络参数的设计来获得不同的输出特性。以上说明皆是讨论负载输出电压特性，而目前并无提出补偿方法来研究负载的输出电流特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构及其方法，实现中继线圈不工作于谐振状态，系统只有两个谐振环节，较传统的三线圈结构不易出现失谐问题，通过补偿参数的设计使得系统获得不同等级的恒流输出特性并有效减小了逆变器的容量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构，包括发射线圈电路、中继线圈电路和接收线圈电路；所述发射线圈电路包括依次串联连接形成回路的电压源U_in和发射线圈回路补偿电容C_S和发射线圈L₁；所述中继线圈电路包括串联连接的中继线圈L_r和中继线圈回路补偿电容C_r；所述接收线圈电路包括并联连接的接收线圈L₂，第二补偿电容C_P2和负载。

进一步的，所述发射线圈电路还包括第一补偿电容C_P1；所述第一补偿电容C_P1并联于电压源U_in两端。当C_s为无穷大时，即此时C_s电容可以用短路线替代。

一种基于三线圈磁耦合系统的任意恒流补偿网络结构，包括发射线圈电路、中继线圈电路和接收线圈电路；所述发射线圈电路包括依次并联连接的电流源I_in、第一补偿电容C_P1和发射线圈L₁；所述中继线圈电路包括串联连接的中继线圈L_r和中继线圈回路补偿电容C_r；所述接收线圈电路包括并联连接的接收线圈L₂，第二补偿电容C_P2和负载。