[发明专利]一种交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统

权利要求书

1.一种交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统，其特征在于，包括发射端和接收端；

所述发射端包括输入工频整流和滤波电路，第一功率半桥逆变电路、第二功率半桥逆变电路、第一发射端谐振网络、第二发射端谐振网络、第一发射线圈和第二发射线圈；第一功率半桥逆变电路与第二功率半桥逆变电路并联在一起并与输入工频整流和滤波电路连接，第一发射线圈、第一发射端谐振网络和第一功率半桥逆变电路顺次连接，第二发射线圈、第二发射端谐振网络和第二功率半桥逆变电路顺次连接；所述第一发射端谐振网络、第二发射端谐振网络与发射端控制模块连接；

所述接收端包括顺次连接的接收线圈、接收端谐振网络和输出高频整流滤波电路；接收线圈接收第一发射线圈和第二发射线圈发出的信号，输出高频整流滤波电路与外接负载连接。

2.根据权利要求1所述的交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统，其特在于，所述输入工频整流和滤波电路由四个整流二极管D₁-D₄组成的全桥整流电路和并联在该全桥整流电路上的滤波电容Cin组成；四个整流二极管D₁-D₄组成的全桥整流电路将220V市电变换为馒头波，滤波电容C_in将馒头波变换为幅值为310V的直流电输送给第一功率半桥逆变电路和第二功率半桥逆变电路。

3.根据权利要求2所述的交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统，其特在于，所述第一功率半桥逆变电路和第二功率半桥逆变电路组成双功率半桥逆变电路，包括功率开关管Q₁-Q₄，功率开关管Q₁和Q₂组成第一功率半桥逆变电路，功率开关管Q₃和Q₄组成第二功率半桥逆变电路，两个功率半桥逆变电路并联一起与输入工频整流和滤波电路连接。

4.根据权利要求2所述的交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统，其特在于，所述第一发射端谐振网络包括：第一谐振电感L_p1、第一谐振补偿电容C_p1、第二谐振补偿电容C_T1以及第一发射线圈电感L_T1；所述第二发射端谐振网络包括：第二谐振电感L_p2、第三谐振补偿电容C_p2、第四谐振补偿电容C_T2以及第二发射线圈电感L_T2；第一和第二发射端谐振网络互补导通，实现了输入交错工作。

5.根据权利要求4所述的交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统，其特在于，该系统的电路参数的计算如下：

接收端的回路总阻抗表示为：

式中，ω为电路的谐振角频率，L_R为接收端谐振网络的谐振电感，C_R为接收端谐振网络的谐振电容，R_eq为负载电阻；

根根据KVL方程，接收端回路在谐振状态下有以下关系：

式中，ω₀为谐振状态下的谐振角频率，M₁₃和M₂₃为接收线圈和两个发射线圈之间的互感，M₁₂为两个发射线圈之间的互感，k₁和k₂为接收线圈和两个发射线圈之间的耦合系数，k₃为两个发射线圈之间的耦合系数；

由于接收端的补偿网络为LC串联谐振补偿网络，当系统工作在谐振状态时，接收端的谐振电感和谐振电容有以下关系：

求出接收端回路电流I_R为：

在磁谐振WPT系统中，线圈之间能量的耦合关系可利用反射阻抗定义，能够反应出接收端的阻抗反射到发射端的特性，从而更好地将发射端和接收端结合起来分析，反射阻抗表达式为：

将接收端回路电流IR代入，反射阻抗可进一步推导为：