[發(fā)明專利]一種無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)互感和自感值設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011179487.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112165184B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 游江;王芳瑞;周瑋;劉剛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;G06F30/20
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)互感和自感值設(shè)計方法，包括：步驟1：確定系統(tǒng)輸入電壓輸出功率、系統(tǒng)效率，給定諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率，設(shè)定耦合機構(gòu)的線圈內(nèi)阻；步驟2：根據(jù)系統(tǒng)輸出功率確定互感參數(shù)上限；步驟3：根據(jù)系統(tǒng)效率確定互感參數(shù)下限；步驟4：根據(jù)互感參數(shù)上限和下限確定互感值范圍，取互感值范圍的中間值為設(shè)計的互感值參數(shù)；步驟5：根據(jù)耦合機構(gòu)在環(huán)境干擾下導致的頻率偏移確定耦合系數(shù)；步驟6：根據(jù)確定的耦合系數(shù)和互感值參數(shù)確定耦合機構(gòu)線圈自感值參數(shù)。本發(fā)明提供一種根據(jù)系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率的要求來設(shè)計耦合機構(gòu)互感和自感值的方法，準確性高、可行性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)互感和自感值設(shè)計方法，特別是一種原副邊基于SS補償?shù)腎PT系統(tǒng)磁耦合機構(gòu)互感與自感參數(shù)設(shè)計方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域中無線電能傳輸方向。

背景技術(shù)

隨著電力的廣泛應(yīng)用，電氣化帶給人類便捷的同時，也因為電力傳輸需要借助導線而帶來了安全隱患。無線充電技術(shù)作為一項新興的能源供應(yīng)技術(shù)，無線化輸電可以有效避免傳統(tǒng)的導線輸電模式產(chǎn)生的漏電。特別是在海洋開發(fā)領(lǐng)域，近年來水下無人潛航器在世界范圍內(nèi)得到了巨大發(fā)展，而采用無線充電系統(tǒng)的水下無人潛航器可以實現(xiàn)整個充電過程在水下自動完成，整個充電過程可以實現(xiàn)水下無人潛航器的供電安全性、便捷性和隱蔽性。因此在水下航行器的能源補給等領(lǐng)域，無線充電系統(tǒng)得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。現(xiàn)有的無線充電方案中，傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)方式對線圈的對準位置有著嚴格要求，錯位和偏離工作距離都會極大的影響傳輸效率，而且進行大功率輸電時容易出現(xiàn)散熱問題，無法進行大功率的無線電能傳輸，采用微波式傳輸，電磁共振等方法傳輸電能的效率又比較低。現(xiàn)有的針對采用磁耦合IPT系統(tǒng)的耦合機構(gòu)參數(shù)設(shè)計一般都是根據(jù)經(jīng)驗值確定，缺乏依據(jù)和指導性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可行性強的原副邊基于SS補償?shù)腎PT系統(tǒng)耦合機構(gòu)互感和自感值設(shè)計方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)互感和自感值設(shè)計方法，無線電能傳輸系統(tǒng)的原副邊采用SS補償網(wǎng)絡(luò)，并且副邊采用Buck-Boost變換器穩(wěn)壓輸出，包括以下步驟：

步驟1：確定系統(tǒng)輸入電壓輸出功率、系統(tǒng)效率，給定諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率，設(shè)定耦合機構(gòu)的線圈內(nèi)阻；

步驟2：根據(jù)系統(tǒng)輸出功率確定互感參數(shù)上限；

步驟3：根據(jù)系統(tǒng)效率確定互感參數(shù)下限；

步驟4：根據(jù)互感參數(shù)上限和下限確定互感值范圍，取互感值范圍的中間值為設(shè)計的互感值參數(shù)；

步驟5：根據(jù)耦合機構(gòu)在環(huán)境干擾下導致的頻率偏移確定耦合系數(shù)；

步驟6：根據(jù)確定的耦合系數(shù)和互感值參數(shù)確定耦合機構(gòu)線圈自感值參數(shù)。

本發(fā)明還包括：

1.判斷設(shè)計的互感值參數(shù)和自感值參數(shù)是否滿足功率與效率要求，如果滿足則根據(jù)所述互感值參數(shù)與自感值參數(shù)設(shè)計耦合機構(gòu)的外形；否則改變耦合機構(gòu)線圈內(nèi)阻，并跳轉(zhuǎn)至步驟2。

2.步驟1中系統(tǒng)輸入電壓輸出功率具體為：

步驟1中系統(tǒng)效率具體為：

其中，ω為系統(tǒng)工作的角頻率，M為耦合機構(gòu)互感值，v₁為諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電壓有效值，R_Leq為等效負載，R₁和R₂為原邊和副邊耦合機構(gòu)線圈內(nèi)阻，M為耦合機構(gòu)互感值。

3.步驟2中根據(jù)系統(tǒng)輸出功率確定互感參數(shù)上限具體為：

當?shù)刃ж撦dR_Leq為最佳效率點對應(yīng)的最佳負載時，滿足：