【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線電能傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、無線電能傳輸技術(shù)由于無需物理接觸、安全性高等特點在植入式醫(yī)療器械、電動汽車無線充電等領(lǐng)域受到應(yīng)用。目前研究和應(yīng)用最為廣泛的無線電能傳輸系統(tǒng)為使用兩個磁能線圈組的兩線圈系統(tǒng)，并且在發(fā)射側(cè)、接收側(cè)分別使用補(bǔ)償電容使發(fā)射側(cè)和接收側(cè)同時工作在自諧振狀態(tài)（傅文珍,張波,丘東元.基于諧振耦合的電能無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計[j].機(jī)電工程,2011,28(06):746-749.），以提高無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。但是兩線圈傳輸系統(tǒng)的傳輸性能對發(fā)射線圈與接收線圈的相對位置高度敏感。一般將發(fā)射線圈和接收線圈軸向?qū)?zhǔn)的擺放狀態(tài)稱為正對準(zhǔn)狀態(tài)，此時線圈之間的耦合系數(shù)高，系統(tǒng)傳輸性能良好。而當(dāng)接收線圈的位置在擺放平面內(nèi)發(fā)生變化時，線圈之間的耦合系數(shù)隨之下降，線圈電流上升，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低、漏磁通密度升高，這阻礙了無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用和推廣。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服目前無線電能傳輸系統(tǒng)因接收線圈平面偏移導(dǎo)致的系統(tǒng)傳輸效率降低、漏磁通密度提高的問題，提供一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，同時通過參數(shù)設(shè)計使系統(tǒng)具備負(fù)載無關(guān)的恒流輸出以及輸入電壓和輸入電流之間零相位差的特性。
2、為了解決以上問題，本專利技術(shù)提出了一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)。在發(fā)射線圈上方使用包含三個子線圈的三極中繼線圈，當(dāng)接收線圈發(fā)生位置偏移時，它與不同的中繼線圈的互感發(fā)生不同的變化。通過對中繼線圈電抗
3、本專利技術(shù)的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。
4、一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，包括功率源模塊、逆變模塊、傳輸線圈模塊、整流模塊及負(fù)載；
5、功率源模塊包括理想電壓源，為逆變模塊、傳輸線圈模塊、整流模塊及負(fù)載提供電能；
6、當(dāng)理想電壓源通電后，電能經(jīng)逆變模塊轉(zhuǎn)化為交流電，并輸入到傳輸線圈模塊的發(fā)射線圈；在傳輸線圈模塊中，由于發(fā)射線圈、三極中繼線圈和接收線圈之間有電磁耦合關(guān)系，發(fā)射線圈中的電能經(jīng)三極中繼線圈傳輸?shù)浇邮站€圈，同時，部分電能從發(fā)射線圈直接傳輸?shù)浇邮站€圈；三極中繼線圈中三個子線圈的電流強(qiáng)度與子線圈和接收線圈之間的耦合強(qiáng)度正相關(guān)；接收線圈的交流電經(jīng)整流模塊轉(zhuǎn)化為直流電，為負(fù)載供能。
7、進(jìn)一步地，逆變模塊包括第一電容、第二電容、第一橋臂和第二橋臂；
8、傳輸線圈模塊包括電磁耦合的發(fā)射線圈、三極中繼線圈和接收線圈，發(fā)射線圈中的電能經(jīng)三極中繼線圈傳輸?shù)浇邮站€圈；發(fā)射線圈等效為包括發(fā)射線圈內(nèi)阻、發(fā)射線圈電感和發(fā)射線圈補(bǔ)償電容（或外加電感器）的串聯(lián)電路，三極中繼線圈等效為三個包括中繼線圈內(nèi)阻、中繼線圈電感和中繼線圈補(bǔ)償電容（或外加電感器）的串聯(lián)電路，接收線圈等效為包括接收線圈內(nèi)阻、接收線圈電感和接收線圈諧振電容（或外加電感器）的串聯(lián)電路；
9、整流模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管和濾波電容；
10、逆變模塊ⅰ的第一電容和第二電容串聯(lián)，第一橋臂和第二橋臂串聯(lián)，電容串聯(lián)支路、橋臂串聯(lián)支路和理想電壓源并聯(lián)；逆變模塊ⅰ的第一電容、第二電容之間，以及第一橋臂和第二橋臂之間分別引出線與傳輸線圈模塊中的發(fā)射線圈的兩端相連；
11、整流模塊的第一二極管和第二二極管串聯(lián)，第三二極管和第四二極管串聯(lián)，濾波電容、負(fù)載和串聯(lián)的第一二極管、第二二極管，以及串聯(lián)的第三二極管、第四二極管并聯(lián)；第一二極管、第二二極管之間，以及第三二極管、第四二極管之間，分別引出線與傳輸線圈模塊中的接收線圈的兩端相連。
12、進(jìn)一步地，所述三極中繼線圈為由三個子線圈疊放而成的圓形結(jié)構(gòu)；
13、三極中繼線圈中，將該圓形結(jié)構(gòu)以120°的圓心角進(jìn)行劃分，形成3個子線圈放置區(qū)域；三個子線圈為類扇形形狀，且形狀、面積相同；將三個子線圈分別放置在劃分的子線圈放置區(qū)域中，且互相重疊放置，以實現(xiàn)任意兩個子線圈之間的磁解耦；
14、由于三個子線圈在平面內(nèi)的位置不同，三個子線圈和接收線圈的電磁耦合強(qiáng)度也不同；在電能經(jīng)三極中繼線圈傳輸?shù)浇邮站€圈的過程中，與接收線圈耦合強(qiáng)度高的子線圈流過更大的電流，傳輸更多的電能，以此實現(xiàn)在接收線圈位置改變的情況下傳輸線圈磁場的定向跟隨。
15、進(jìn)一步地，三極中繼線圈中的三個子線圈各自單獨形成閉合回路，不與其它模塊相連。
16、進(jìn)一步地，負(fù)載為純阻性質(zhì)。
17、進(jìn)一步地，所述第一橋臂和第二橋臂均由開關(guān)管和反向并聯(lián)二極管構(gòu)成。
18、進(jìn)一步地，無線電能傳輸系統(tǒng)的輸入阻抗為實數(shù)，以實現(xiàn)輸入電壓和輸入電流的零相位差，通過以下參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)：
19、忽略所有線圈的寄生電阻時，傳輸線圈模塊中的接收線圈的電抗?jié)M足關(guān)系：；
20、其中，三極中繼線圈的子線圈的電抗分別為、、，接收線圈的電抗為，為虛數(shù)單位，為角頻率，滿足，為系統(tǒng)工作頻率；、分別為三極中繼線圈的第個子線圈的自感和補(bǔ)償電容，，、分別為接收線圈的自感和補(bǔ)償電容；三極中繼線圈和接收線圈的互感抗分別為、、，為三極中繼線圈的第個子線圈與接收線圈之間的互感，。
21、進(jìn)一步地，輸出電流具有負(fù)載無關(guān)的恒流特性，通過以下參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)：
22、忽略所有線圈的寄生電阻時，發(fā)射線圈的電抗?jié)M足關(guān)系：，其中，發(fā)射線圈的電抗為，、分別為發(fā)射線圈的自感和補(bǔ)償電容；發(fā)射線圈和三極中繼線圈的互感抗分別為、、，為三極中繼線圈的第個子線圈與發(fā)射線圈之間的互感，。
23、進(jìn)一步地，若傳輸線圈模塊的所有線圈中，存在有線圈的補(bǔ)償電容計算值為負(fù)值，則該線圈的補(bǔ)償電容替換為外加電感器，將外加電感器與該線圈串聯(lián)，并根據(jù)確定外加電感器的取值。
24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：
25、本專利技術(shù)中，三極中繼線圈的電抗影響了系統(tǒng)的電流分布，通過設(shè)置中繼線圈的電抗數(shù)值，可實現(xiàn)在接收線圈偏移范圍內(nèi)系統(tǒng)的總體效率最優(yōu)。
26、三極中繼線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電抗數(shù)值設(shè)計提高了無線電能傳輸系統(tǒng)的抗偏移能力。三極中繼線圈的子線圈分布在二維平面內(nèi)的不同位置，因此，當(dāng)接收線圈發(fā)生平面偏移時，其與三極中繼線圈的子線圈之間的互感有著不同的變化趨勢。以接收線圈偏移范圍內(nèi)系統(tǒng)的總體效率最優(yōu)為目標(biāo)設(shè)計中繼線圈的電抗數(shù)值，實現(xiàn)三極中繼線圈的子線圈的電流根據(jù)其與接收線圈的互感進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，與接收線圈的互感更大的子中繼線圈流過更大的電流，其它線圈流過相對較小的電流，從而提高系統(tǒng)效率，減少充電區(qū)域的漏磁通密度。同時，系統(tǒng)具備負(fù)載無關(guān)的恒流輸出以及輸入電流和輸入電壓之間零相位差的特性。<本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括功率源模塊、逆變模塊（I）、傳輸線圈模塊（Ⅱ）、整流模塊（Ⅲ）及負(fù)載；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，逆變模塊（I）包括第一電容（）、第二電容（）、第一橋臂（）和第二橋臂（）；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述三極中繼線圈為由三個子線圈疊放而成的圓形結(jié)構(gòu)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，三極中繼線圈中的三個子線圈各自單獨形成閉合回路，不與其它模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)載為純阻性質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一橋臂（）和第二橋臂（）均由開關(guān)管和反向并聯(lián)二極管構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，忽略所有線圈的寄生電阻時，傳輸線圈模塊（II）中的接收線
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，三極中繼線圈和接收線圈的互感抗分別為、、，為三極中繼線圈的第個子線圈與接收線圈之間的互感，。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，忽略所有線圈的寄生電阻時，發(fā)射線圈的電抗?jié)M足關(guān)系：，其中，發(fā)射線圈的電抗為，、分別為發(fā)射線圈的自感和補(bǔ)償電容；發(fā)射線圈和三極中繼線圈的互感抗分別為、、，為三極中繼線圈的第個子線圈與發(fā)射線圈之間的互感，。
10.根據(jù)權(quán)利要求7~9任一項所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，若傳輸線圈模塊（II）的所有線圈中，存在有線圈的補(bǔ)償電容計算值為負(fù)值，則該線圈的補(bǔ)償電容替換為外加電感器（），將外加電感器（）與該線圈串聯(lián)，并根據(jù)確定外加電感器（）的取值。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括功率源模塊、逆變模塊（i）、傳輸線圈模塊（ⅱ）、整流模塊（ⅲ）及負(fù)載；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，逆變模塊（i）包括第一電容（）、第二電容（）、第一橋臂（）和第二橋臂（）；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述三極中繼線圈為由三個子線圈疊放而成的圓形結(jié)構(gòu)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，三極中繼線圈中的三個子線圈各自單獨形成閉合回路，不與其它模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)載為純阻性質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加三極中繼線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一橋臂（）和第二橋臂（）均由開關(guān)管和反向并聯(lián)二極管構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅志超，路哲文，毛文科，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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