本发明涉及轨道交通无线电能动态传输技术领域，更具体的是涉及一种无线电能动态恒功率输出系统及其等效电阻控制方法。
背景技术：
无线电能传输系统利用高频电磁场近场耦合原理，以高频磁场作为传输介质，通过发送线圈和接收线圈间的磁场耦合实现电能的无线传输。无线电能传输系统主要由两个部分组成，一部分是连接在电源一侧的发送端，另一部分是位于负载侧的接收端，能量通过电磁感应的方式由发送端传输到接收端。现有的无线电能传输系统主要由发送端的直流电源、逆变器、发送线圈和发送补偿电容以及接收端的接受线圈、接收补偿电容、整流器和负载组成。
目前绝大部分的用电设备主要采用传统接触供电方式进行充电，这种充电方式存在充电电流大、笨重且不美观、机械磨损及漏电等安全隐患。无线电能传输技术可以很好的克服上述弊端，具有便捷、美观、安全以及灵活性高等优点。在指定区域给用电设备充电应用的技术被称作静态无线电能传输技术，然而，静态无线充电技术受到当前储能电池技术发展的制约，存在诸多问题，如续航短、充电时间长、频繁充电、电池组笨重等。基于这种背景，人们开始了对动态无线供电技术的研究，并将动态无线供电技术应用于电动汽车、轨道交通等领域。
以非接触的方式给行驶中的用电设备提供能量，设备可搭载较轻的电池组，同时可解决续航里程短的问题，降低制造成本。然而，国内外研究表明，动态无线电能传输相比于静态无线电能传输，耦合系数变化波动大，空间位置的变化如横向和纵向偏移，使得系统输出功率和工作效率不稳定，难以适合接收端的快速移动。
技术实现要素：
本发明的目的在于：为了解决在轨道交通领域，现有的动态无线电能传输技术由于空间位置的偏移变化，耦合系数变化波动较大导致无法保证系统功率稳定输出的问题，本发明提供一种无线电能动态恒功率输出系统及其等效电阻控制方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种无线电能动态恒功率输出系统，包括发送端和接收端，发送端包括发送线圈lp，其特征在于：所述接收端包括分别与负载r连接的副边组件1和副边组件2，副边组件1包括与发送线圈lp平行的接收线圈ls1，副边组件2包括与发送线圈lp平行的接收线圈ls2，所述接收线圈ls1和接收线圈ls2分别由边长为l的正方形线圈组成，发送线圈lp由若干个边长为l的正方形线圈级联组成，接收线圈ls1与接收线圈ls2重叠构成副边线圈组，且接收线圈ls1与接收线圈ls2重叠部分的长度为l/2。
进一步的，所述发送端还包括直流电源e、全桥逆变器i1、发送谐振电感lt和发送补偿电容cp，直流电源e与全桥逆变器i1连接，全桥逆变器i1通过发送谐振电感lt与相互并联的发送线圈lp和发送补偿电容cp连接。
进一步的，所述副边组件1还包括接收补偿电容cs1、全控整流器h1和直流滤波电容cd1，接收线圈ls1与接收补偿电容cs1串联后与全控整流器h1连接，全控整流器h1与与负载r并联的直流滤波电容cd1连接；
所述副边组件2还包括接收补偿电容cs2、全控整流器h2和直流滤波电容cd2，接收线圈ls2与接收补偿电容cs2串联后与全控整流器h2连接，全控整流器h2与与负载r并联的直流滤波电容cd2连接。
进一步的，所述全控整流器h1连接有接收端控制器kp1，全控整流器h2连接有接收端控制器kp2，接收端控制器kp1连接有分别用于测副边组件1的输出电压uo1的直流电压传感器uo1和输出电流io1的直流电流传感器io1；接收端控制器kp2连接有分别用于测副边组件2的输出电压uo2的直流电压传感器uo2和输出电流io2的直流电流传感器io2。
当副边线圈组沿平行于发送线圈lp的长度方向移动x长度时，本发明的系统工作原理为：
发送线圈lp与接收线圈ls1之间的互感m1满足：
m1＝mmax1·sin(a·x+b)
发送线圈lp与接收线圈ls2之间的互感m2满足：
m2＝mmax2·cos(a·x+b)
其中，mmax1是发送线圈lp对接收线圈ls1的互感最大值，mmax2是发送线圈lp对接收线圈ls2的互感最大值，mmax1和mmax2相同，a、b为系数；
由于接收线圈ls1和接收线圈ls2重叠部分的长度为l/2，所以互感m1和互感m2在副边线圈组移动的过程中始终满足同一三角函数相位互差90°的关系，即：
m12+m22＝mmax2，其中mmax＝mmax1＝mmax2；
本发明中的接收线圈ls1和接收线圈ls2采用重叠耦合的方式，当副边线圈组的结构固定后，mmax是固定值，由此能够确保互感m1和互感m2的平方和在副边线圈组的移动过程中保持不变，为动态供电的系统功率稳定输出奠定了基础。
一种无线电能动态恒功率传输系统等效电阻的控制方法，包括以下步骤：
s1、待定等效电阻rleq的计算
计算全控整流器h1输入端前侧和全控整流器h2输入端前侧需要控制的待定等效电阻rleq：
rleq＝ω·mt
其中，ω为输出系统工作角频率，mt为接收线圈ls1与接收线圈ls2之间的互感值；
s2、实际等效电阻的计算
接收端控制器kp1接收到直流电压传感器uo1测得的输出电压uo1和直流电流传感器io1测得的输出电流io1，得到当前时刻的负载电阻rl1＝uo1/io1，折算到全控整流器h1前侧的实际等效电阻rleq1：
接收端控制器kp2接收到直流电压传感器uo2测得的输出电压uo2和直流电流传感器io2测得的输出电流io2，得到当前时刻的负载电阻rl2＝uo2/io2，折算到全控整流器h2前侧的实际等效电阻rleq2：
其中，β1为全控整流器h1的导通角，β2为全控整流器h2的导通角；
s3、恒功率输出的实现
通过接收端控制器kp1和接收端控制器kp2分别控制导通角β1、β2，实现rleq1＝rleq2＝rleq，当满足rleq1＝rleq2＝rleq后，副边组件1的输出功率ps1和副边组件2的输出功率ps2分别为：
其中，e是直流电源e的输入电压值，lt是发送谐振电感lt的电感值；
由此得出ps1＝ps2，并且由于m12+m22＝mmax2是固定值，则副边组件1和副边组件2的输出功率在移动过程中维持不变，进而系统总功率也保持恒定，实现恒功率输出。
本发明的有益效果如下：
1、本发明中的接收线圈ls1和接收线圈ls2采用重叠耦合的方式，并且接收线圈ls1与接收线圈ls2重叠部分的长度为l/2，保证了互感m1曲线移相1/4周期得到互感m2曲线，互感m2曲线移相1/4周期得到互感m1曲线，互感m1和互感m2的平方和在副边线圈组的移动过程中保持不变，为动态供电的系统功率稳定输出奠定了基础。
2、本发明能够在副边线圈组移动供电的过程中，控制全控整流器h1和全控整流器h2前侧的等效电阻为恒定值，该值由接收线圈ls1与接收线圈ls2的耦合互感值确定，保证了副边线圈组在移动过程中的总功率在副边组件1的接收端和副边组件2的接收端中平均分配，不仅能够减小开关管的电压电流应力，并且保证了系统输出功率恒定。
附图说明
图1是本发明的电路结构图。
图2是本发明接收线圈ls1和接收线圈ls2的耦合结构图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种无线电能动态恒功率输出系统，包括发送端和接收端，发送端包括发送线圈lp，接收端包括分别与负载r连接的副边组件1和副边组件2，副边组件1包括与发送线圈lp平行的接收线圈ls1，副边组件2包括与发送线圈lp平行的接收线圈ls2，所述接收线圈ls1和接收线圈ls2分别由边长为l的正方形线圈组成，发送线圈lp由4个边长为l的正方形线圈级联组成，接收线圈ls1与接收线圈ls2重叠构成副边线圈组，且接收线圈ls1与接收线圈ls2重叠部分的长度为l/2。
所述发送端还包括直流电源e、全桥逆变器i1、发送谐振电感lt和发送补偿电容cp，直流电源e与全桥逆变器i1连接，全桥逆变器i1通过发送谐振电感lt与相互并联的发送线圈lp和发送补偿电容cp连接。
所述副边组件1还包括接收补偿电容cs1、全控整流器h1和直流滤波电容cd1，接收线圈ls1与接收补偿电容cs1串联后与全控整流器h1连接，全控整流器h1与与负载r并联的直流滤波电容cd1连接；所述副边组件2还包括接收补偿电容cs2、全控整流器h2和直流滤波电容cd2，接收线圈ls2与接收补偿电容cs2串联后与全控整流器h2连接，全控整流器h2与与负载r并联的直流滤波电容cd2连接。
所述全控整流器h1连接有接收端控制器kp1，全控整流器h2连接有接收端控制器kp2，接收端控制器kp1连接有分别用于测副边组件1的输出电压uo1的直流电压传感器uo1和输出电流io1的直流电流传感器io1；接收端控制器kp2连接有分别用于测副边组件2的输出电压uo2的直流电压传感器uo2和输出电流io2的直流电流传感器io2。
如图2所示，当接收线圈ls1与发送线圈lp的一个正方形线圈正对时，接收线圈ls2正好位于那个正方形线圈以及后一个正方向线圈的中间处，当副边线圈组沿y轴正方向移动x长度时，
发送线圈lp与接收线圈ls1之间的互感m1满足：
m1＝mmax1·sin(a·x+b)
发送线圈lp与接收线圈ls2之间的互感m2满足：
m2＝mmax2·cos(a·x+b)
其中，mmax1是发送线圈lp对接收线圈ls1的互感最大值，mmax2是发送线圈lp对接收线圈ls2的互感最大值，a、b为系数；当发送线圈lp分别与接收线圈ls1和接收线圈ls2正对时，存在互感最大值mmax1和mmax2，且mmax1和mmax2相同；
由于接收线圈ls1和接收线圈ls2重叠部分的长度为l/2，所以互感m1和互感m2在副边线圈组移动的过程中始终满足同一三角函数相位互差90°的关系，即：
m12+m22＝mmax2，其中mmax＝mmax1＝mmax2；
本实施例中的接收线圈ls1和接收线圈ls2采用重叠耦合的方式，当副边线圈组的结构固定后，mmax是固定值，由此能够确保互感m1和互感m2的平方和在副边线圈组的移动过程中保持不变，为动态供电的系统功率稳定输出奠定了基础。
一种无线电能动态恒功率传输系统等效电阻的控制方法，包括以下步骤：
s1、待定等效电阻rleq的计算
计算全控整流器h1输入端前侧和全控整流器h2输入端前侧需要控制的待定等效电阻rleq：
rleq＝ω·mt
其中，ω为输出系统工作角频率，mt为接收线圈ls1与接收线圈ls2之间的互感值；
s2、实际等效电阻的计算
接收端控制器kp1接收到直流电压传感器uo1测得的输出电压uo1和直流电流传感器io1测得的输出电流io1，得到当前时刻的负载电阻rl1＝uo1/io1，折算到全控整流器h1前侧的实际等效电阻rleq1：
接收端控制器kp2接收到直流电压传感器uo2测得的输出电压uo2和直流电流传感器io2测得的输出电流io2，得到当前时刻的负载电阻rl2＝uo2/io2，折算到全控整流器h2前侧的实际等效电阻rleq2：
其中，β1为全控整流器h1的导通角，β2为全控整流器h2的导通角；
s3、恒功率输出的实现
接收端控制器kp1和接收端控制器kp2分别通过pi控制器实现对导通角β1和β2的控制，实现rleq1＝rleq2＝rleq，当满足rleq1＝rleq2＝rleq后，副边组件1的输出功率ps1和副边组件2的输出功率ps2分别为：
其中，e是直流电源e的输入电压值，lt是发送谐振电感lt的电感值；
由此得出ps1＝ps2，并且由于m12+m22＝mmax2是固定值，则副边组件1和副边组件2的输出功率在移动过程中维持不变，进而系统总功率也保持恒定，实现恒功率输出。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。