[發明專利]一種基于中繼線圈的水下無線供電系統在線互感識別方法

有效

• 申請號: 202110179498.2
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112994267B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 劉旭;宋翔昱;原熙博
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明公開了一種利用中繼線圈實現波浪擾動工況下，自主水下航行器艦載無線充電系統能量拾取裝置與水下無線供電系統能量發射裝置之間的實時互感識別方法，適用于無線充電領域，包括直流電源及高頻逆變器，發射線圈模塊，中繼線圈模塊，接收線圈模塊，系統負載。本發明在系統正常傳輸電能時，通過中繼線圈補償電容選擇開關的開通和關斷，改變中繼線圈補償電容的大小，通過采集發射線圈和系統負載的電壓和電流的信息，計算系統的輸入阻抗，利用方程求解系統線圈之間的互感。通過采集發射線圈和系統負載的電壓和電流即可實現互感識別，無需增加復雜的電路，無需改變系統的驅動頻率，其步驟簡單，對存在動態擾動的系統線圈間互感的實時識別精度高。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，具體涉及一種基于中繼線圈的水下無線供電系統在線互感識別方法。

背景技術

相比于傳統的有線充電方式，無線充電技術具有充電的安全性、可靠性、靈活性等優勢，特別適用于煤礦、水下等惡劣的電氣環境。當發射線圈和接收線圈距離較遠或者大小不匹配時，相比于兩線圈結構的無線電能傳輸系統而言，三線圈結構的無線電能傳輸系統可以增大線圈之間的耦合，減小發射線圈電流，從而提高系統的電能傳輸能力。

自主水下航行器是一種航行于水下的航行體，具有自主控制、海上作業更加靈活、隱蔽性強等優點，在民用和軍用領域發揮著重要的作用。自主水下航行器在進行水下無線充電時，由于波浪起伏而造成自主水下航行器停靠在充電平臺的位置未對準，導致系統線圈之間的互感值不能確定，影響到充電的效率和功率，減少自主水下航行器電池的使用壽命，因此對系統線圈之間的互感實時識別非常重要。

發明內容

發明目的：為了解決因波浪起伏造成自主水下航行器停靠位置不準確導致系統線圈之間的互感值不確定的問題，本發明提出了一種基于中繼線圈的水下無線供電系統在線互感識別方法，本發明可以在不改變系統驅動頻率的同時，改變一次中繼線圈補償電容，求解方程即可求得系統線圈之間的互感值，從而更準確的控制系統的功率和效率，提高充電過程的穩定性和可靠性。

技術方案：針對以上問題，本發明提出一種技術方案：一種基于中繼線圈的水下無線供電系統在線互感識別方法，所述方法具體包括如下步驟：

步驟1，構建三線圈無線電能傳輸系統的電路拓撲結構圖，所述電路拓撲結構具體包括：直流電源(1)、高頻逆變器(2)、發射線圈模塊(3)、中繼線圈模塊(4)、接收線圈模塊(5)、整流濾波模塊(6)和系統負載(7)；

其中，直流電源(1)與高頻逆變器(2)的輸入端相連接，高頻逆變器(2)的輸出端與發射線圈模塊(3)的輸入端相連，發射線圈模塊(3)的輸出端與中繼線圈模塊(4)的輸入端相對設置，中繼線圈模塊(4)的輸出端與接收線圈模塊(5)的輸入端相對設置，接收線圈模塊(5)的輸出端與整流濾波模塊(6)的輸入端相連，整流濾波模塊(6)的輸出端與系統負載(7)相連；

所述中繼線圈模塊(4)包括中繼線圈L_R、第一補償電容C₁、第二補償電容C₂、第一開關管S₅和第二開關管S₆；其中所述第一開關管S₅的D極分別與中繼線圈L_R的第一端、第一補償電容C₁的第一端電性連接；所述第一開關管S₅的S極與第二開關管S₆的D極電性連接；所述第二開關管S₆的S極與第二補償電容C₂的一端電性連接；所述第二補償電容C₂的第二端分別與所述中繼線圈L_R的第二端、第一補償電容C₁的第二端電性連接；

步驟2，控制中繼線圈模塊(4)中的第一開關管S₅和第二開關管S₆保持開通狀態，加壓并判斷系統正常工作時，獲取發射線圈模塊(3)和系統負載(7)的瞬時電壓和瞬時電流，并計算系統的輸入阻抗以及負載阻值；具體方法如下：