[發明專利]一種交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 202110860177.9
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113675956A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 李志忠;邱煒;梁瑤偉;張亦弛;龍淑群
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02M7/5387;H02M7/5395;H02M1/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統，其特征在于，包括發射端和接收端；

所述發射端包括輸入工頻整流和濾波電路，第一功率半橋逆變電路、第二功率半橋逆變電路、第一發射端諧振網絡、第二發射端諧振網絡、第一發射線圈和第二發射線圈；第一功率半橋逆變電路與第二功率半橋逆變電路并聯在一起并與輸入工頻整流和濾波電路連接，第一發射線圈、第一發射端諧振網絡和第一功率半橋逆變電路順次連接，第二發射線圈、第二發射端諧振網絡和第二功率半橋逆變電路順次連接；所述第一發射端諧振網絡、第二發射端諧振網絡與發射端控制模塊連接；

所述接收端包括順次連接的接收線圈、接收端諧振網絡和輸出高頻整流濾波電路；接收線圈接收第一發射線圈和第二發射線圈發出的信號，輸出高頻整流濾波電路與外接負載連接。

2.根據權利要求1所述的交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統，其特在于，所述輸入工頻整流和濾波電路由四個整流二極管D₁-D₄組成的全橋整流電路和并聯在該全橋整流電路上的濾波電容Cin組成；四個整流二極管D₁-D₄組成的全橋整流電路將220V市電變換為饅頭波，濾波電容C_in將饅頭波變換為幅值為310V的直流電輸送給第一功率半橋逆變電路和第二功率半橋逆變電路。

3.根據權利要求2所述的交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統，其特在于，所述第一功率半橋逆變電路和第二功率半橋逆變電路組成雙功率半橋逆變電路，包括功率開關管Q₁-Q₄，功率開關管Q₁和Q₂組成第一功率半橋逆變電路，功率開關管Q₃和Q₄組成第二功率半橋逆變電路，兩個功率半橋逆變電路并聯一起與輸入工頻整流和濾波電路連接。

4.根據權利要求2所述的交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統，其特在于，所述第一發射端諧振網絡包括：第一諧振電感L_p1、第一諧振補償電容C_p1、第二諧振補償電容C_T1以及第一發射線圈電感L_T1；所述第二發射端諧振網絡包括：第二諧振電感L_p2、第三諧振補償電容C_p2、第四諧振補償電容C_T2以及第二發射線圈電感L_T2；第一和第二發射端諧振網絡互補導通，實現了輸入交錯工作。

5.根據權利要求4所述的交錯抗偏移恒壓諧振式無線電能傳輸系統，其特在于，該系統的電路參數的計算如下：

接收端的回路總阻抗表示為：

式中，ω為電路的諧振角頻率，L_R為接收端諧振網絡的諧振電感，C_R為接收端諧振網絡的諧振電容，R_eq為負載電阻；

根根據KVL方程，接收端回路在諧振狀態下有以下關系：

式中，ω₀為諧振狀態下的諧振角頻率，M₁₃和M₂₃為接收線圈和兩個發射線圈之間的互感，M₁₂為兩個發射線圈之間的互感，k₁和k₂為接收線圈和兩個發射線圈之間的耦合系數，k₃為兩個發射線圈之間的耦合系數；

由于接收端的補償網絡為LC串聯諧振補償網絡，當系統工作在諧振狀態時，接收端的諧振電感和諧振電容有以下關系：

求出接收端回路電流I_R為：

在磁諧振WPT系統中，線圈之間能量的耦合關系可利用反射阻抗定義，能夠反應出接收端的阻抗反射到發射端的特性，從而更好地將發射端和接收端結合起來分析，反射阻抗表達式為：

將接收端回路電流IR代入，反射阻抗可進一步推導為：