[發明專利]一種基于三線圈的恒壓恒流式無線電能傳輸裝置

在審

• 申請號: 202210055901.5
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114448107A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 何良宗;劉厚軒;李樂;程冰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M3/335;H02M7/5387;H02M7/06;H02M1/088
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠;林燕玲

一種基于三線圈的恒壓恒流式無線電能傳輸裝置，該裝置由傳統無線電能傳輸裝置改進得到，并由三部分組成；鉗位電路工作時基于其設定的恒壓特性通過互感實現發射電路的恒流特性，進而實現接收電路的恒流特性；鉗位電路關斷時基于發射電路設定的恒壓特性，通過互感實現接收電路的恒壓特性。傳統恒壓式或恒流式無線電能傳輸裝置僅考慮距離一定時的無線電能傳輸，未能做到距離可變的真正意義上的恒壓或恒流傳輸。本發明在一二次側線圈距離變化的情況下通過控制鉗位電路和發射電路不僅可以實現接收回路的恒壓恒流模式可切換的輸出，也可以真正意義上的實現一定范圍內的距離無關的無線電能傳輸。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸領域，特別是指一種基于三線圈的恒壓恒流式無線電能傳輸裝置。

背景技術

無線電能傳輸技術(Wireless Power Transmission,WPT)，是指通過發射端將電能轉換成其他形式的能量(如電磁波、機械波等)，再由接收端將該能量收集并轉換成電能的，以實現一定距離的無線電能傳輸的方式。傳統的有線供電方式中存在大量復雜的電氣接線，尤其在墻體、水下及生物體等施工難度大及高度靈活設備充電的場合，無線電能傳輸方式的優勢顯得尤為突出。此外，無線電能傳輸在減少機械開關操作并提高供電可靠性，減少物理耗材和施工周期等方面都有著顯著的優點。

伴隨著新能源技術的發展，負載的精密程度越來越高，所要求的充電條件也日趨嚴格，基于負載無關的恒壓式和恒流式輸出的無線電能傳輸方式應運而生。由于無線電能傳輸系統的磁路結構存在漏感大，耦合系數低的問題，往往需要采用諧振補償網絡來補償系統的漏感和勵磁電感，從而有效提高有功功率的容量并實現高效率的電能傳輸。同時，當系統負載變化時，傳統的諧振補償網絡無法同時實現負載恒流或恒壓輸出，往往僅針對一種恒壓模式或者恒流模式設計，無法做到模式可切換。此外，隨著現代科技發展，傳統無線電能傳輸的研究無法真正擺脫位置固定的局限性，不能有效發揮無線連接自身的位置可變屬性，在距離變化情況下已有研究的電路結構的恒壓或恒流輸出均會受到影響，為此探究距離可變的恒壓恒流特性將會實現真正意義上的恒壓或恒流輸出，可以為無人機及電車等設備在工作過程中穩定供電提供新的解決方案。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種基于三線圈的恒壓恒流式無線電能傳輸裝置，增加鉗位電路，能夠可靠的提供負載無關輸出特性。

本發明采用如下技術方案：

一種基于三線圈的恒壓恒流式無線電能傳輸裝置，包括發射電路和接收電路，其特征在于：還包括鉗位電路，其包含鉗位限壓電路、濾波電容C_F2和鉗位補償單元，鉗位限壓電路設有兩橋路且經與濾波電容并聯后與發射電路的直流電源相連；該鉗位補償單元的兩端分別與鉗位限壓電路的兩條橋路的中點相連；發射電路與接收電路的距離變化時，兩者之間的互感值變化，通過監測接收電路的電流幅值或電壓幅值計算互感值，進而通過閉環控制對鉗位限壓電路或發射電路做移相控制來改變鉗位電壓或發射電壓，實現距離魯棒性的恒流輸出或恒壓輸出。

所述鉗位補償單元包括發生串聯諧振的電感L₃和電容C₃，且滿足：ω為固定工作頻率。所述橋路包括串聯的二極管和開關管，兩條橋路的兩端連接濾波電容C_F2。

所述鉗位電路工作時，所述發射電路的恒定電流由所述發射電路與所述鉗位電路的互感及所述鉗位電路的電壓值確定；所述接收電路的恒定電流由所述發射電路與所述接收電路的互感及所述發射電路的電流值確定。

所述發射電路包括高頻逆變器及原邊補償單元，該原邊補償單元包括發生串聯諧振的電感L₁和電容C₁，該高頻逆變器的一橋臂中點和電容C₁一端相連，電容C₁的另一端與電感L₁相連，電感L₁和高頻逆變器的另一橋臂中點相連。所述串聯諧振的電感L₁和電容C₁滿足：ω為固定工作頻率。