[發明專利]一種特定諧波消除無線電能傳輸系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201610180611.8
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105720582B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 夏晨陽;王延熇;雷軻;王衛;張楊;鄭凱;馬念;朱文婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J50/12
• 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

1.一種特定諧波消除無線電能傳輸系統，其特征是：該系統包括直流電源、高頻逆變器、原邊能量變換發射環節、副邊能量接收變換環節、原邊諧波能量反向注入環節和負載；直流電源與高頻逆變器連接，高頻逆變器與并聯輸入端的原邊能量變換發射環節和原邊諧波能量反向注入環節連接；原邊能量變換發射環節通過緊耦合變壓器與原邊諧波能量反向注入環節連接；原邊能量變換發射環節通過原邊磁能發射機構及副邊磁能拾取機構與副邊能量接收變換環節形成電能無線傳輸通道，實現電能的無線傳輸；

原邊能量變換發射環節與原邊諧波能量反向注入環節分別構成基波通道和三次諧波提取通道反并聯于高頻逆變器之后，原邊諧波能量反向注入環節提取的三次諧波信號經過補償阻抗調整相位后通過緊耦合變壓器反向注入到原邊能量變換發射環節中，傳至原邊能量變換發射環節的三次諧波信號與直流電源通過高頻逆變器產生的高頻交流信號進行疊加作用，實現基波通道三次諧波的完全濾除；經過疊加之后的信號經過原邊諧振補償電容傳至原邊磁能發射機構，副邊磁能拾取機構基于電磁感應原理拾取原邊磁能發射機構上的能量，經過副邊諧振補償電容和整流濾波電路為負載供電。

2.根據權利要求1所述的一種特定諧波消除無線電能傳輸系統，其特征是：所述的原邊能量變換發射環節包括原邊諧振補償電容、緊耦合變壓器原邊端和原邊磁能發射機構；原邊諧振補償電容、原邊磁能發射機構及緊耦合變壓器原邊端串聯。

3.根據權利要求1所述的一種特定諧波消除無線電能傳輸系統，其特征是：所述的副邊能量接收變換環節包括副邊磁能拾取機構、副邊諧振補償電容和整流濾波電路；副邊磁能拾取機構與副邊諧振補償電容串聯，然后與整流濾波電路輸入端連接；整流濾波電路的輸出端并聯有電容C₁；并且原邊能量變換發射環節和副邊能量接收變換環節的固有諧振頻率均為高頻逆變器的開關頻率，從而構成基波通道，用于傳輸電能。

4.根據權利要求1所述的一種特定諧波消除無線電能傳輸系統，其特征是：所述的原邊諧波能量反向注入環節包括選頻網絡、緊耦合變壓器選頻端、補償阻抗；緊耦合變壓器選頻端與補償阻抗串聯，然后整體并連于選頻網絡，從而構成三次諧波提取通道，用于傳輸電能；選頻網絡為選頻電容C₀和選頻電感L₀構成的LC選頻網絡；原邊諧波能量反向注入環節與原邊能量變換發射環節反并聯于高頻逆變器之后，原邊諧波能量反向注入環節提取的三次諧波能量經過補償阻抗調整相位后通過緊耦合變壓器反向注入到原邊能量變換發射環節中，傳至原邊能量變換發射環節的三次諧波信號與直流電源通過高頻逆變器產生的高頻交流信號進行疊加作用，實現基波通道的三次諧波的完全濾除。

5.根據權利要求2所述的一種特定諧波消除無線電能傳輸系統，其特征是：緊耦合變壓器原邊端與緊耦合變壓器選頻端繞制于同一“回”型錳鋅鐵氧體磁芯組成緊耦合變壓器。

6.權利要求1所述的一種特定諧波消除無線電能傳輸系統的設計方法，其特征是：無線電能傳輸系統的設計方法，具體步驟如下：

1)副邊磁能拾取機構的電感值L_s計算表達式為

R_eq是從整流濾波電路輸入端看進去的等效電阻，其阻值為

副邊諧振補償電容與副邊磁能拾取機構串聯諧振在高頻逆變器的工作頻率下，所以，副邊諧振補償電容C_s計算表達式為

其中，ω是高頻逆變器的工作角頻率，Q是副邊諧振補償品質因數，R_L是負載電阻值；

2)根據系統設計需求，設原邊磁能發射機構的電感值L_p為一固定值，原邊諧振補償電容與原邊磁能發射機構及緊耦合變壓器原邊端串聯諧振于高頻逆變器的工作頻率下，則原邊諧振補償電容的電容值C_p計算表達式為

其中L₀是緊耦合變壓器原邊端的電感值；

3)根據選頻網絡特性，設緊耦合變壓器選頻端電感值為L₁，則選頻網絡中的選頻電感L₂的電感值計算表達式為

L₂=L₁(5)

同時，選頻網絡中選頻電容C₀的電容值的計算表達式為

4）根據選頻網絡特性，R_L是負載阻值，M₁是原邊磁能發射機構與副邊磁能拾取機構的互感值，M₂緊耦合變壓器兩端的互感值，則補償阻抗的阻抗值Z_w計算表達式為