[發(fā)明專利]一種恒壓輸出的電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110289965.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113054752B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊喬;邵英;吳旭升;孫盼;孫軍;王蕾;梁彥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02J50/40;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 王聰聰

本申請公開了一種恒壓輸出的電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法，利用電壓傳遞關(guān)系，得到輸出電壓恒定的條件及電壓增益的確定方法，根據(jù)電壓增益表達(dá)式并以耦合器的面積作為約束條件確定系統(tǒng)的補(bǔ)償電容；根據(jù)輸出電壓恒定條件、補(bǔ)償電容以及預(yù)設(shè)的工作頻率計算補(bǔ)償電感；若補(bǔ)償電感中的任意一個大于預(yù)設(shè)的電感閾值，則修改工作頻率、補(bǔ)償電容中的至少一個，直至補(bǔ)償電感均不大于電感閾值；對基于本方法設(shè)計的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，表明系統(tǒng)輸出電壓與負(fù)載阻抗無關(guān)；該設(shè)計方法解決了系統(tǒng)負(fù)載阻抗發(fā)生變化時輸出電壓不穩(wěn)定的問題，使系統(tǒng)具有優(yōu)異的輸出電壓恒定特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種恒壓輸出的電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

近年來，無線電能傳輸技術(shù)擺脫傳統(tǒng)電纜的束縛，正逐漸成為一些設(shè)備和領(lǐng)域的電能供給方式。目前用于近場耦合的無線電能傳輸技術(shù)大多使用電磁耦合的方式，但隨著研究的深入，電磁耦合式的無線電能傳輸存在本質(zhì)上的不可避免的技術(shù)障礙，如耦合線圈要求有一定的同軸性使得其抗偏移特性較差，侵入耦合器之間的金屬物體會產(chǎn)生渦流損耗并消耗能量，漏感的存在不僅降低能量傳輸效率而且會給周邊的電磁安全帶來一定的影響，這些問題迫使人們尋找一種性能更加優(yōu)異的無線電能傳輸技術(shù)替代方案。電場耦合式無線電能傳輸已經(jīng)被證實(shí)可以在中等距離條件下進(jìn)行高效的大功率電能無線傳輸，其具有耦合器構(gòu)造簡單、靈活、成本低，對侵入耦合器的金屬物體不敏感，電磁安全性能相對較好等特點(diǎn)，正在引起越來越多的關(guān)注。

恒定輸出特性是保證供電質(zhì)量的一個非常重要的方面，用電設(shè)備通常要求相對穩(wěn)定的輸入，以獲得額定的工作狀態(tài)。目前常用的雙側(cè)LC補(bǔ)償?shù)碾妶鲴詈蠠o線電能傳輸?shù)暮銐狠敵龇椒ǎ饕峭ㄟ^設(shè)置工作頻率與發(fā)射端或接收端的LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的固有諧振頻率滿足特定的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，其主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的各元器件及耦合電容之間的諧振關(guān)系不明確，不利于指導(dǎo)電路參數(shù)設(shè)計，且恒壓輸出的條件設(shè)定的工作頻率，在一定情況下與LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的固有諧振頻率非常接近，不利于工程實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種恒壓輸出的電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法，使電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)具有輸出電壓與負(fù)載無關(guān)(在一定范圍內(nèi))的恒壓輸出特性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種恒壓輸出的電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法，所述電場耦合無線電能傳輸系統(tǒng)包括依次相連的直流電源、高頻逆變電路、由補(bǔ)償電感L1和補(bǔ)償電容C1構(gòu)成的發(fā)射端LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、由兩對金屬極板構(gòu)成的耦合器、由補(bǔ)償電感L2和補(bǔ)償電容C2構(gòu)成的接收端LC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和整流濾波電路；該方法包括以下步驟：

S1：獲取設(shè)定的直流電源輸入電壓U_in及系統(tǒng)輸出電壓U_out，并根據(jù)計算電壓增益G；

S2：獲取初始選定的補(bǔ)償電容C₁和C₂，根據(jù)計算兩個平行板電容器的耦合電容C_o、C_e；

S3：根據(jù)所述耦合電容C_o、C_e分別計算每個平行板電容器的面積，并以平行板電容器的面積作為約束條件，通過循環(huán)迭代確定補(bǔ)償電容C₁、C₂；

S4：獲取初始選定的工作頻率f，根據(jù)步驟S3確定的補(bǔ)償電容C₁、C₂以及所述工作頻率f分別計算補(bǔ)償電感L₁,L₂；