[发明专利]一种双解耦接收线圈无线电能传输系统的设计方法

说明书

本发明公开了一种双解耦接收线圈无线电能传输系统的设计方法，用简单的线圈耦合结构提高了感应式电能传输系统的抗偏移能力，从而降低了抗偏移感应式电能传输系统的成本，简化了设计过程，并且使得系统可以实现恒流输出，当接收线圈移出工作区域时，可以限制逆变器电流，实现保护功能；本发明所提出的恒流输出和保护功能无需额外的硬件电路和控制算法，简单、可靠，进一步降低了系统的成本。

技术领域

本发明属于电力电子技术及无线电能传输技术领域，具体涉及一种双解耦接收线圈无线电能传输系统的设计方法。

背景技术

无线电能传输技术为解决传统接触充电带来的安全隐患等问题提了有效可行途径，该技术能彻底避免传统拔插充电对导体的依赖，供电安全、灵活、可靠，无接触火花，不受雨雪等恶劣环境影响；该技术已在在医疗电子设备、消费电子设备、电动汽车等领域得到了应用，并在2008年被美国麻省理工学院《技术评论》杂志评为未来十大科研方向之一、在2013年被世界经济论坛评为十大新兴技术之首。

在无线电能传输技术中，感应式电能传输技术以交变磁场为媒介，基于松耦合变压器利用原边线圈和副边线圈电磁耦合传输能量，该技术的工作频率从数十kHz到MHz，传输功率可达兆瓦级，传输距离从几厘米到几米，传输效率高可到96％以上。由于其在中短距离、宽功率范围无线电能传输领域的出色功率等级与效率特性，成为了目前主要研究方向，也是无线电能传输技术商业化推广的主要解决方案。

在很多实际应用中，受限于用电设备的安装空间限制，一般采用平板式线圈，如消费电子和电动汽车等领域，此类传输系统通常面临着耦合机构偏移对不准的问题。耦合机构的原边线圈常固定于地面或者充电桩上，副边线圈安装在用电设备中，如果副边用电设备的位置不易固定，会造成耦合线圈发生横向、纵向的偏移或者传输距离的改变，耦合线圈的偏移直接导致互感、自感等参数发生变化。此外，还可能导致严重的问题，如系统稳定性降低、功率传输能力减弱、系统电路失谐、能量损失增加等。

无线充电技术的应用初衷是为了让供电更加灵活方便，但是受限于系统的抗偏移性能，其有效工作区间很小，不满足实际应用的需求。因此，为了保障系统输出功率的稳定性同时确保供电的灵活性，感应式电能传输系统应当具有高抗偏移能力，也就是需要提升系统的偏移容错能力。

现有技术方案通常采用多发射线圈单元结构，将六个发射线圈设置为双排阵列且任意相邻两个发射线圈中心等距放置，每个功率发射器中将驱动电源的正端与发射线圈的同名端相接，扩大原边磁场所辐射的等效面积，进而提高系统的抗偏移能力，如公开号为CN109980756A的中国专利提供了一种实现无线电能传输系统中多发射线圈全解耦的装置中所述，然而采用多发射线圈无疑增加系统体积，且接收线圈正对某个接收单元线圈时，其余发射线圈处于待机状态，增加额外功率损耗。另外，通过电路拓扑切换和补偿线圈的投入也能实现耦合提高，提高抗偏移能力，如公开号为CN113036940A的中国专利提供了一种适用于火箭与地面间无线电能传输的磁耦合系统中所述，但是在收发线圈耦合系数较小时，发射线圈中电流较大，功率损耗也相应增加，不利于实际产品开发。

综上所述，现有技术在提高一定抗偏移能力的同时，无法满足高效率稳定功率传输。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种双解耦接收线圈无线电能传输系统的设计方法，能够解决耦合线圈偏移导致的互感、自感参数变换以及出现的传输效率降低、电路失谐等问题，系统结构不仅简单方便且自带电路保护功能，提高了系统的效率和稳定性。