[發明專利]一種基于條件判據無線能量傳輸系統拓撲結構的設計方法

無效

• 申請號: 201110427334.3
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102427281A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 黃學良;強浩;譚林林;王維;周亞龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種通過條件判據設計無線能量傳輸系統拓撲結構的方法，屬于無線輸電技術和新型能量轉換技術領域。

背景技術

“無線電能傳輸”顧名思義就是利用一種特殊設備將電力以無線形式進行傳輸，從而可以在無需電纜電線的情況下直接傳輸電能。進入上世紀八十年代以后，隨著電視機、冰箱、游戲機、個人便攜式IT設備(筆記本電腦、手機)、醫療設備等各類家用電器和通訊設備的出現和日益普及，以及有關電力電子技術及無線電能技術的發展，這使得采用無線技術傳輸電能成為可能且具有很好的應用前景，無線電能傳輸技術成為研究的熱點和前沿。

對于無線電能傳輸技術而言，傳輸效率一直是一個敏感的問題。關于無線能量傳輸系統拓撲結構，相關學者也進行了深入研究，并取得了一些研究成果。但目前的研究僅僅給出了各種拓撲結構的電壓和電流增益情況，并未涉及無線輸電系統拓撲結構的設計。作為一種電源系統，其負載往往具有很大的隨機性，傳輸距離也存在一定的不確定性。在發射端不變的情況下，根據負載電阻、傳輸距離來設計無線電能傳輸系統的接收端拓撲結構以獲得最優的傳輸效率是設計實際傳輸系統必須考慮的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種基于條件判據無線能量傳輸系統拓撲結構的設計方法，其可根據條件判據的值快速、方便、有效地設計無線能量傳輸系統拓撲結構，以獲得系統最優的傳輸效率。

本發明為解決以上技術問題，所采用的技術方案是：

一種基于條件判據無線能量傳輸系統拓撲結構的設計方法，包括如下步驟：

(1)從等效電路角度分析不同拓撲結構，從而得到不同拓撲結構下傳輸系統最優傳輸效率的表達式；

(2)定義一個與負載電阻、傳輸距離、諧振頻率以及線圈尺寸都相關的條件判據；

(3)設計實際應用無線能量傳輸系統時，根據具體參數計算出該條件判據，并根據條件判據選擇合適的無線能量傳輸系統拓撲結構，以獲得最優的傳輸效率。

上述無線能量傳輸系統包括感應式無線能量傳輸系統和磁耦合諧振式無線能量傳輸系統。

上述步驟(1)中，不同拓撲結構包括串聯諧振和并聯諧振方式。

采用上述方案后，本發明提出的基于條件判據設計系統拓撲結構的方法簡單易行，只需在設計前根據各參數計算該條件判據，無需增加系統成本，減少系統結構開發的往復和周期；同時該條件判據的靈敏度高，能較好地指導拓撲結構的設計。

附圖說明

圖1是無線能量傳輸系統裝置示意圖；

圖中，1、高頻振蕩電路，2、高頻功率放大電路，3、發射回路，4、接收回路；

圖2是無線能量傳輸系統PSSS諧振補償拓撲結構的等效電路圖；

圖3是無線能量傳輸系統PSSP諧振補償拓撲結構的等效電路圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。

本發明提供一種基于條件判據無線能量傳輸系統拓撲結構的設計方法，其所應用的無線能量傳輸系統連接圖可參考圖1所示，所述的無線能量傳輸系統是指非接觸式能量傳輸系統，包括感應式無線能量傳輸系統和磁耦合諧振式無線能量傳輸系統；圖1所示的無線能量傳輸系統中，高頻振蕩電路1的輸出端連接高頻功率放大電路2的輸入端，而高頻功率放大電路2的輸出端連接發射回路3，所述接收回路4與發射回路3相配合，進行耦合連接，其中，高頻振蕩電路1、高頻功率放大電路2和發射回路3屬于系統的能量發射部分，而接收回路4屬于系統的負載接收部分，發射部分的結構確定下來后一般不易改變，因此設計實際無線能量傳輸系統時，主要是根據具體傳輸的參數設計接收部分的拓撲結構，其方式主要有圖2和圖3所示兩種形式。

本發明所提供的設計方法，包括如下步驟：

(1)對不同拓撲結構的等效電路進行分析，得到不同拓撲結構下傳輸系統最優傳輸效率的表達式；此處是不同拓撲結構是指包含次級(負載)線圈的諧振補償方式，包括串聯諧振方式和并聯諧振方式；

在本實施例中，以圖2和圖3所示兩種拓撲結構為例，其最優傳輸效率表達式分別如下：