[實用新型]一種磁感應式無線電能傳輸設備中的補償裝置

有效

• 申請號: 201320713811.7
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN203607929U
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 麥瑞坤;李勇;何正友;林圣
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本實用新型屬于無線電能傳輸技術，尤其屬于無線電能傳輸設備中的補償裝置。

背景技術

無線傳能的發展保持迅猛的勢頭，從廣泛應用的小功率（醫學、消費電子）的電能傳輸，逐漸向大功率（電動汽車無線充電樁、軌道交通無線供電系統）的電能傳輸發展。其中，磁感應式無線電能傳輸裝置包括發送端和接收端兩部分：發送端通過整流器將工頻電變成直流，再控制器的控制下由高頻逆變器將直流變成高頻交流電，高頻交流電流在發送線圈中流動產生高頻磁場；接收端的接收線圈感應到發送線圈產生的高頻磁場，在接收線圈中感生出高頻交流電，接收線圈中的高頻交流電向負荷（包括后續裝置處理電路）提供電能，從而完成電能的無線傳輸。

由于接收線圈和發送線圈存在一定的間隔，也即二者間有較大的氣隙，發送線圈和接收線圈的漏感很大，使得發送線圈的無功功率增加，接收線圈的伏安等級降低，降低了電能的傳輸功率與傳輸效率。通常通過加入電容進行補償，即電容與發送線圈或接收線圈線圈組成LC諧振振蕩電路，以提高發送線圈和接收線圈的有功功率，當能量發射端和能量接收端均處于諧振狀態且二者的諧振頻率一致時，裝置的傳輸功率和傳輸效率達到最大。

但現有的補償裝置大多是采用靜態的電容實現對系統的漏感的補償。由于負荷的多樣性及發送端與接收端的耦合面積的變化等因素，使得系統參數發生變化，導致發送端、接收端的諧振頻率發生變化，二者的諧振頻率經常不一致，造成系統傳輸功率下降，傳輸效率變低。

實用新型內容

本實用新型的第一目的是提供一種磁感應式無線電能傳輸設備中的接收補償裝置，該接收補償裝置能使磁感應式無線電能傳輸設備的接收端保持在額定頻率下諧振，提高接收端的有功功率，進而提高磁感應式無線電能傳輸設備的傳輸功率和傳輸效率。

本實用新型實現其第一發明目的所采用的技術方案是：

多個接收補償電容并聯組成接收電容補償陣列，且接收電容補償陣列中的每一個接收補償電容都分別與對應的接收電子開關串聯；接收電容補償陣列串接在磁感應式無線電能傳輸設備中接收端的接收線圈與負荷之間；

所述的接收端的接收線圈上安裝有接收電流傳感器，接收端的負荷兩端安裝接收電壓傳感器；接收電容補償陣列中的每一個接收電子開關的控制端、接收電流傳感器的輸出端和接收電壓傳感器的輸出端均與接收補償控制器相連。

本實用新型以上接收補償裝置的工作原理和過程是：

A、初始時,接收補償控制器根據接收端的接收線圈電感值（X₂），算出初始補償電容值，控制相應的接收電子開關的開閉，使接入的接收補償電容的總電容值等于初始補償電容值，由接入的接收補償電容與接收線圈構成LC諧振電路；對接收線圈進行初始補償；

B、接收電流傳感器、接收電壓傳感器將檢測出的負荷兩端的電壓u₂及電流i₂，傳送給接收補償控制器，接收補償控制器通過傅里葉變換分別求出電壓相量值U₂和電流相量值I₂，進而計算得到負荷的阻抗Z₂,

C、如果負荷的阻抗Z₂的虛部Im(Z₂)≠0，則判定負荷是阻容性或阻感性，接收端未在額定頻率ω₀下諧振；需要改變當前補償電容值，新的當前補償電容值為C₂，ω₀為系統額定角頻率；接收補償控制器控制相應的接收電子開關SJ的閉合狀態，使接入的電容的總電容值等于當前補償電容值C₂，由接入的接收補償電容與接收線圈及負荷構成LC諧振電路，對接收線圈及負荷(H)進行無功補償；使接收端重新在額定頻率ω₀下諧振；

D、如果負荷的阻抗Z₂的虛部Im(Z₂)=0，則判定負荷是阻性，接收端在額定頻率ω₀下諧振；不需要改變當前補償電容值C₂，接收補償控制器不改變當前的接收電子開關的開閉狀態；

E、重復B、C、D步驟的操作，使接收端保持在額定頻率ω₀下諧振。

與現有技術相比，本實用新型的接收補償裝置及其補償方法的有益效果是：