[發明專利]低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路及控制方法

在審

• 申請號: 202310001392.2
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116260255A
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 沈豪杰;劉福鑫;陳旭玲
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，包括：輸入級、線圈級和輸出級，其中：

所述輸入級，包括多個逆變模塊和對應的多個輸入變壓器模塊；每個逆變模塊分別與電壓輸入端和對應的輸入變壓器模塊輸入側連接，輸入變壓器模塊在輸出側串聯；

所述線圈級，包括線圈級發射側的發射線圈模塊和對應的發射線圈補償網絡，以及線圈級接收側的接收線圈模塊和對應的接收線圈補償網絡，所述發射線圈模塊包括多層發射線圈，所述發射線圈補償網絡包括公共LC諧振腔和與每層發射線圈對應的發射補償電容，所述接收線圈模塊包括多層接收線圈，所述接收線圈補償網絡包括與每層接收線圈對應的接收補償電容；每層發射線圈的一端與對應的發射補償電容串聯后并聯于第一發射連接點，每層發射線圈的另一端連接于第二發射連接點，第一發射連接點和第二發射連接點與所述公共LC諧振腔連接，所述公共LC諧振腔與串聯后的輸入變壓器模塊輸出側的兩端連接；每層接收線圈的一端與對應的接收補償電容串聯后并聯于第一接收連接點，每層發射線圈的另一端連接于第二接收連接點，第一接收連接點和第二接收連接點分別與串聯后的輸出變壓器模塊輸入側的兩端連接；

所述輸出級，包括多個整流模塊和對應的多個輸出變壓器模塊；每個整流模塊分別與電壓輸出端和對應的輸出變壓器模塊輸出側連接，輸出變壓器模塊在輸入側串聯。

2.根據權利要求1所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，所述諧振腔包括諧振電感和諧振電容，所述諧振電容的兩端分別于第一發射連接點和第二發射連接點連接，所述諧振電感的一端與串聯后的輸入變壓器模塊輸出側的一端連接，所述諧振電感的另一端與第一發射連接點連接。

3.根據權利要求1所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，發射線圈和接收線圈采用方形平面線圈。

4.根據權利要求3所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，發射線圈和接收線圈采用利茲線，繞制方式為從最外匝向內繞制。

5.根據權利要求4所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，在發射線圈和接收線圈的最外層鋪設磁芯。

6.根據權利要求5所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，距徑比為0.8至1.2。

7.根據權利要求1所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，其特征在于，逆變模塊采用全橋逆變電路拓撲，整流模塊采用有源橋式整流電路拓撲。

8.一種三級式可拓展無線電能傳輸電路的控制方法，其特征在于，采用根據權利要求1至7任一項所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，包括：

當電路輸出端的輸出電壓高于額定電壓時，調節輸入級逆變橋的內移相角進行電壓調節；所述逆變橋，指所有逆變模塊組成的結構；

當電路輸出端的輸出電壓低于額定電壓時，調節輸出級整流橋的內移相角進行電壓調節；所述整流橋，指所有整流模塊組成的結構。

9.根據權利要求8所述的三級式可拓展無線電能傳輸電路的控制方法，其特征在于，通過分別調節發射補償電容和接收補償電容，對同側不同線圈支路的阻抗進行調節，減小線圈之間的環流。

10.根據權利要求9所述的三級式可拓展無線電能傳輸電路的控制方法，其特征在于，采用根據權利要求2至7任一項所述的低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，包括：

發射線圈補償網絡的諧振條件如下：

ω_sL_f＝1/ω_sC_f＝ω_sL_eq-total，

其中，ω_s表示諧振角頻率，L_f表示諧振電感，C_f表示諧振電容，L_eq-total表示發射線圈模塊和相應的發射補償電容串聯后再并聯的等效電感；

接收線圈補償網絡的諧振條件如下：

ω_sL_eq-sm＝1/ω_sC_sm，L_eq-sm＝L_sm+∑^M_{i＝1，i≠m}M_mi，

其中，L_eq-sm表示接收線圈模塊的等效電感，C_sm表示第m層接收線圈L_sm對應連接的接收補償電容，M_mi表示第m層接收線圈與第i層接收線圈之間的互感，m＝1,2,……，M。