[發(fā)明專利]一種基于共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離無線電能傳輸系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116365731A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝涵宇;豐宇宸;費(fèi)迎軍;鄧棚亓;范元雙;劉哲;侯嘉赫;簡鴻博;李翔宇;馬駿
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J50/90
• 分類號: H02J50/90;H02J50/10;H01F27/28
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 黃梅

本發(fā)明涉及無線電能傳輸(WPT)技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離無線電能傳輸系統(tǒng)，設(shè)計的共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)包括原邊共面線圈和副邊共面線圈；原邊共面線圈包括方形線圈Lsubgt;1/subgt;和方形線圈Lsubgt;2/subgt;，方形線圈Lsubgt;2/subgt;放置在方形線圈Lsubgt;1/subgt;正中并與之共面；副邊共面線圈包括方形線圈Lsubgt;3/subgt;和方形線圈Lsubgt;4/subgt;，方形線圈Lsubgt;4/subgt;放置在方形線圈Lsubgt;3/subgt;正中并與之共面。該耦合機(jī)構(gòu)在一次側(cè)的同一平面和二次側(cè)的同一平面上各增加了一個無源線圈，可提高無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸距離，該耦合機(jī)構(gòu)不占用功率傳輸空間，并在幾百千赫的工作頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)大功率傳輸，比雙線圈耦合結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的耦合能力和更低的線圈自感應(yīng)電壓，適用于長距離無線電能傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線電能傳輸(WPT)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離無線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線電能傳輸(WPT)技術(shù)利用磁場、電場、激光或其他介質(zhì)實現(xiàn)非接觸式電能傳輸，具有靈活性、安全性、可靠等優(yōu)點(diǎn)。特別是磁耦合無線電能傳輸(MC-WPT)技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)。傳輸距離一直是限制無線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵問題。目前，能夠提高傳輸距離的方法主要包括增加工作頻率、增加中繼線圈和優(yōu)化阻抗。在一些研究中，通過去除補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)以自共振狀態(tài)運(yùn)行。在這種情況下，提高了系統(tǒng)的工作頻率，減少了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的功率損耗，從而提高了系統(tǒng)的電能傳輸能力。在一些研究中，增加了中繼線圈，以延長發(fā)射級與接收級之間的傳輸距離，通常用于高壓傳輸線在線監(jiān)測設(shè)備的無線供電。有學(xué)者提出了在發(fā)射級中使用串聯(lián)/并聯(lián)電容器矩陣，其中阻抗可以自動重新配置，跟蹤不同距離的最優(yōu)阻抗匹配點(diǎn)，以提高系統(tǒng)傳輸效率。然而，在高工作頻率下的高功率電能傳輸受到限制，中繼線圈占據(jù)了有效的電能傳輸空間，阻抗優(yōu)化對傳輸距離的改善有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離無線電能傳輸系統(tǒng)，解決的技術(shù)問題在于：如何有效增加無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸距離。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離無線電能傳輸系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，該系統(tǒng)包括共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)，所述共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)包括原邊共面線圈和副邊共面線圈；

所述原邊共面線圈包括邊長為l₁的方形線圈L₁和邊長為l₂的方形線圈L₂，所述方形線圈L₂放置在所述方形線圈L₁正中并與之共面，所述方形線圈L₁連接逆變器；

所述副邊共面線圈包括邊長為l₃的方形線圈L₃和邊長為l₄的方形線圈L₄，所述方形線圈L₄放置在所述方形線圈L₃正中并與之共面，所述方形線圈L₄連接整流濾波電路；

所述原邊共面線圈和所述副邊共面線圈之間的距離即無線傳輸距離為d。

優(yōu)選的，所述方形線圈L₁、所述方形線圈L₂、所述方形線圈L₃、所述方形線圈L₄均采用同一種線繞制成單層線圈。

優(yōu)選的，所述共面雙線圈耦合機(jī)構(gòu)的參數(shù)采用如下步驟設(shè)計：

S1、根據(jù)實際需求確定所述方形線圈L₁的邊長l₁和所述方形線圈L₃的邊長l₃；