基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统

本发明涉及无线供电技术，具体涉及一种基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统。

背景技术：

1、无线电能传输(wireless power transfer，wpt)又称无线电力传输，非接触电能传输，是指通过发射器将电能转化为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转化为电能，实现无线电能传输。由于能源、环境的污染，电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题成为电动汽车等发展过程中面临的最大瓶颈，而有线充电和静态无线充电技术都存在充电频繁、续航里程短、电池用量大且成本高等问题。因此，对于动态无线供电技术的发展要求日益迫切。

2、在目前的低压大电流无线供电系统中，由于能量接收侧存在较大的电流，因此会造成器件发热和线圈损耗等问题，影响低压大电流无线供电系统的高效运行。在动态无线供电系统中，发射线圈与接收线圈之间的互感会因为相对位置的变化而发生波动，进而导致系统输出电流的大幅度变化，这将极大地影响接收端用电设备的安全、可靠运行。为此，低压大电流动态无线供电系统亟需一种能够解决由于接收端移动过程中输出电流大幅度波动问题的方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，该系统可在接收端移动的过程中，有效地维持动态无线供电系统输出功率的稳定，无需复杂的闭环控制手段，且能够降低分段发射线圈的铺设成本。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，包括发射端和接收端，其关键在于：所述发射端沿着接收端的移动路径设置有分段式发射线圈，每一段发射线圈分别通过对应的原边谐振补偿网络和对应的能量投切开关接入交流母线上，所述交流母线的前端通过高频逆变器与直流电源连接；所述接收端沿着移动方向前后并排设置有两个的接收线圈，每一个接收线圈通过对应的副边谐振补偿电路分别接入对应的倍流整流器输入端组中，在所述倍流整流器的输出端组上连接有滤波电容和用电负载，所述发射端根据接收端的位置按照同一时刻仅有相邻两个发射线圈同时通电的方式逐一改变对应能量投切开关的开闭状态。

4、可选地，所述原边谐振补偿电路和所述副边谐振补偿电路均为lcc补偿电路。

5、可选地，所述发射线圈和所述接收线圈均为矩形平面线圈，且发射线圈和接收线圈在宽度方向的尺寸相同。

6、可选地，相邻两段发射线圈之间预留有线圈间隙。

7、可选地，所述倍流整流电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和反耦合变压器t，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4构成全桥整流电路，反耦合变压器t的两个线圈绕组分别串接在全桥整流电路的两个公共桥臂上，反耦合变压器t中第一线圈绕组的上端和第二线圈绕组的上端作为第一输入端组与第一接收线圈所对应的副边谐振补偿电路连接，反耦合变压器t中第一线圈绕组的下端和第二线圈绕组的下端作为第二输入端组与第二接收线圈所对应的副边谐振补偿电路连接，所述第一线圈绕组的上端和所述第二线圈绕组的下端为同名端。

8、可选地，每一段发射线圈的形状和尺寸相同，两个接收线圈的形状和尺寸相同，且在至少一段时间范围内满足：m11+m12＝m21+m22，其中：

9、m11表示第一个接收线圈与第一个通电的发射线圈之间的互感；

10、m12表示第一个接收线圈与第二个通电的发射线圈之间的互感；

11、m21表示第二个接收线圈与第一个通电的发射线圈之间的互感；

12、m22表示第二个接收线圈与第二个通电的发射线圈之间的互感。

13、本发明的效果是：

14、(1)在双接收线圈移动时，始终有一个接收线圈与相邻分段发射线圈的互感之和维持在额定值，避免了渡过分段无功率区域时系统的功率波动，从而为系统稳定供电。

15、(2)本发明创新地设计了双接收线圈与倍流整流器的接收端拓扑结构，不仅实现了系统稳定供电，而且无需搭建复杂的闭环控制系统即可在互感波动时实现工作模态的自动切换，从而降低了系统的复杂性，更易于应用和推广。

16、(3)不同于传统紧密排布分段发射线圈的方式，本发明提出的分段发射线圈与双接收线圈的耦合机构结构，可根据不同的应用场景，设计更宽的相邻分段发射线圈的间距，从而减少分段发射线圈的用线量，降低了动态无线供电系统的建设成本，同时还可以避免相邻两段发射线圈因为过渡靠近，导致宽度方向电流反向所引起的磁场抵消。

技术特征：

1.一种基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，包括发射端和接收端，其特征在于：所述发射端沿着接收端的移动路径设置有分段式发射线圈，每一段发射线圈分别通过对应的原边谐振补偿网络和对应的能量投切开关接入交流母线上，所述交流母线的前端通过高频逆变器与直流电源连接；所述接收端沿着移动方向前后并排设置有两个的接收线圈，每一个接收线圈通过对应的副边谐振补偿电路分别接入对应的倍流整流器输入端组中，在所述倍流整流器的输出端组上连接有滤波电容和用电负载，所述发射端根据接收端的位置按照同一时刻仅有相邻两个发射线圈同时通电的方式逐一改变对应能量投切开关的开闭状态。

2.根据权利要求1所述的基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，其特征在于：所述原边谐振补偿电路和所述副边谐振补偿电路均为lcc补偿电路。

3.根据权利要求1所述的基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，其特征在于：所述发射线圈和所述接收线圈均为矩形平面线圈，且发射线圈和接收线圈在宽度方向的尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，其特征在于：相邻两段发射线圈之间预留有线圈间隙。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，其特征在于：所述倍流整流电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和反耦合变压器t，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4构成全桥整流电路，反耦合变压器t的两个线圈绕组分别串接在全桥整流电路的两个公共桥臂上，反耦合变压器t中第一线圈绕组的上端和第二线圈绕组的上端作为第一输入端组与第一接收线圈所对应的副边谐振补偿电路连接，反耦合变压器t中第一线圈绕组的下端和第二线圈绕组的下端作为第二输入端组与第二接收线圈所对应的副边谐振补偿电路连接，所述第一线圈绕组的上端和所述第二线圈绕组的下端为同名端。

6.根据权利要求4所述的基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，其特征在于：每一段发射线圈的形状和尺寸相同，两个接收线圈的形状和尺寸相同，且在至少一段时间范围内满足：m11+m12＝m21+m22，其中：

技术总结
本发明提供一种基于双接收线圈与倍流整流器的动态无线供电系统，包括发射端和接收端，其特征在于：发射端沿着接收端的移动路径设置有分段式发射线圈，接收端沿着移动方向前后并排设置有两个的接收线圈，每一个接收线圈通过对应的副边谐振补偿电路分别接入对应的倍流整流器输入端组中，在倍流整流器的输出端组上连接有滤波电容和用电负载，发射端根据接收端的位置按照同一时刻仅有相邻两个发射线圈同时通电的方式逐一改变对应能量投切开关的开闭状态。其效果是：可在接收端移动的过程中，有效地维持动态无线供电系统输出功率的稳定，无需复杂的闭环控制手段，且能够降低分段发射线圈的铺设成本，具有良好的适用性。

技术研发人员：李勇,刘顺攀,刘宇航,刘野然,何正友
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14