[發(fā)明專利]一種三相無線供電系統(tǒng)負載位置檢測及控制方法

有效

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• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104377841A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設計）人: 夏晨陽;解光慶;陳國平;林克章;王衛(wèi);張楊;伍小杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發(fā)明涉及一種無線供電系統(tǒng)的控制方法，具體涉及一種三相無線供電系統(tǒng)負載位置檢測及控制方法。

背景技術

日常生活中，桌面電氣設備為人們生活帶來了許多方便，如手機、筆記本電腦、電視機等。然而，現有電氣設備目前都是通過電線和插頭的組合方式獲取電能，但隨著電氣設備的日益增多以及人類對便捷生活的日益追求，這種傳統(tǒng)的有線供電方式暴露出眾多的弊端，如接觸火花、線纜繁雜、易發(fā)生誤觸電的危險等。因此，基于感應耦合原理的無線電能傳輸(Wireless?Power?Transfer，WPT)技術應運而生。桌面電氣設備無線供電解決了傳統(tǒng)有線供電方式的接觸火花、磨損、供電線纜繁雜等問題，但對于桌面無線供電負載，如鼠標、手機等，由于負載擺放位置不確定、位置變化隨機性大等特性，因此傳統(tǒng)的桌面無線供電系統(tǒng)存在負載位置變化容忍度低、供電效率低等問題。

針對桌面無線供電系統(tǒng)負載位置不確定的特點，文章《通用非接觸供電平臺設計及實現》中提出了一種單相無線供電平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)原邊采用多個圓形線圈平鋪在一起組成通用供電平臺，將無線供電負載放置在供電平臺上便可實現能量的無線傳輸。該系統(tǒng)雖然能夠滿足負載在較大的范圍內隨機移動，但是由于原邊線圈在空間中產生的磁場分布不均勻，從而導致負載在不同位置的能量傳輸效率不同，而且一旦負載擺放位置處于弱磁場區(qū)，則能量拾取效率將非常低，甚至無法滿足負載的供電要求；另一方面，文章中并沒有針對負載實際擺放位置而選擇開通相應位置的原邊線圈，而是采取原邊線圈一直處于常開狀態(tài)，因此電能的浪費較嚴重，系統(tǒng)效率較低；文章《Power?Transfer?Stabilization?of?the?Three-Phase?Contactless?Energy?Transfer?Desktop?by?Means?of?Coil?Commutation》中提出一種三相無線供電平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)原邊包含多個磁能發(fā)射機構，副邊包含一個拾取機構，文章分析了該系統(tǒng)存在的電壓拾取“盲點”問題，并且就此問題給出了電壓拾取“盲點”的消除辦法，但對于桌面無線供電系統(tǒng)存在的負載位置不確定、位置變化隨機性大等方面未給出相應的解決措施。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)桌面無線供電系統(tǒng)存在負載位置變化容忍度低、供電效率低等缺點，提供一種三相無線供電系統(tǒng)負載位置檢測及控制方法，既可提高系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性，又能保證負載的高效供電。

本發(fā)明的目的是這樣實現的，本發(fā)明包括三相無線供電系統(tǒng)和負載位置檢測及控制方法，具體方案如下：

該三相無線供電系統(tǒng)包括：直流電源、三相組合式逆變器、原邊補償機構、原邊線圈選擇開關、原邊磁能發(fā)射機構、副邊磁能拾取機構、副邊補償機構、副邊整流濾波電路以及負載；直流電源與三相組合式逆變器的輸入端連接，三相組合式逆變器的輸出端與原邊補償機構的輸入端連接，原邊補償機構的輸出端與原邊磁能發(fā)射機構連接，在原邊補償機構與原邊磁能發(fā)射機構之間連接有原邊線圈選擇開關；原邊磁能發(fā)射機構與副邊磁能拾取機構通過電磁感應原理相耦合，副邊磁能拾取機構通過副邊補償機構與副邊整流電路的輸入端連接，副邊整流電路的輸出端與并聯(lián)的副邊濾波電路和負載連接。

所述的直流電源可由工頻交流電經整流濾波后得到。

所述的三相組合式逆變器由三個單相橋式逆變器星型聯(lián)結組成，作為系統(tǒng)原邊高頻逆變器。

所述的原邊磁能發(fā)射機構是由3組共3n個完全相同的正六邊形線圈按蜂窩狀排列組成的原邊線圈陣列，任一頂點處三個線圈分別來自A、B、C三個不同的組，原邊同相線圈采取復用逆變器的結構，原邊A、B、C三組線圈分別與三相組合式逆變器的三相輸出相連。

所述的原邊線圈選擇開關與每個原邊線圈串聯(lián)，通過該開關控制原邊線圈的開通與關斷。

所述的副邊磁能拾取機構僅包含一個拾取線圈，副邊整流濾波電路采用帶大電容濾波的二極管不控整流電路。

所述的原邊補償機構和副邊補償機構的補償方式均采用串聯(lián)諧振補償，目的在于避免輸入直流電源與諧振補償電容發(fā)生短路且簡化了原、副邊補償機構的設計。

所述三相組合式逆變器采用電流滯環(huán)控制策略分別對三個單相逆變器單獨控制，給定三相參考電流幅值相等相位互差120°，保證三相組合式逆變器輸出三相對稱。

所述原邊磁能發(fā)射機構中所有線圈的材料、尺寸、匝數、線圈繞向、電感參數完全一致。

所述的負載位置檢測方法：負載位置檢測算法以射頻識別(RFID)技術為檢測方法，DSP為控制器，通過原邊線圈選擇開關控制原邊線圈的選通與關斷，其具體檢測方法為：