[发明专利]一种适用于分布式负载的可变拓扑无线供电系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输供电系统及控制方法，具体涉及一种适用于分布式负载的可变拓扑无线供电系统及控制方法。

背景技术

传统有线电能传输模式是通过导线直接与负载相连，实现电能从电源到负载之间的直接电能传输，这种传统的电能传输模式在现代社会中随处可见，为整个社会的发展做出了巨大的贡献。但随着社会的不断发展与进步，这种传统的有线供电模式的弊端越来越明显，如容易产生磨损、插电火花、不易维护等用电不安全的问题，因此，无线电能传输技术应运而生。

无线电能传输技术由于实现了电源和用电设备之间完全的电气隔离，具有安全、可靠、灵活等传统电能传输方式无可比拟的优点，因此得到了国内外学者的广泛关注。随着该技术的进一步发展和成熟，基于无线电能传输模式的用电设备无线充充电方式将变得切实可行，具有广阔的应用前景。

近年来，国际国内社会为实现多负载设备并行无线高效供电主要提出了以下方法：（1）单负载供电系统单发射线圈供电方法，如论文《Analysis and Optimization on Power Transfer Capability of Contactless Power Transfer Systems with Multi-load》，该方法虽然可以支持多负载同时无线供电，但系统效率与负载个数密切相关，同一时刻负载个数越少，效率越低；（2）单负载供电系统多发射线圈供电方法，中国专利《可分区控制的电源板》（专利号CN200610054106），该方法虽然实现了不同功率等级负载的无线供电，但由于多发射线圈均采用同一个单负载逆变电路供电，增大了供电电路的供电压力，降低了系统的稳定性，并且对于多线圈单负载供电系统来说，系统损耗大，另外，原边供电电路存在控制复杂、建设成本高等问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种适用于分布式负载的可变拓扑无线供电系统及控制方法，解决现有多负载无线供电方法存在的系统损耗大、原边供电电路控制复杂、建设成本高的问题。

本发明的目的是这样实现的，本发明包括无线供电系统和无线供电方法，具体方案如下：

一种适用于分布式负载的可变拓扑无线供电系统，包括：输入交流电源、整流滤波单元、可变拓扑高频逆变单元、原边谐振补偿单元、原边磁能发射线圈单元、副边磁能拾取线圈单元、副边谐振补偿单元、副边整流滤波及调压单元、负载、负载信息检测单元和智能控制单元；所述的负载信息检测单元包括有负载有无检测单元和负载性质检测单元；所述的智能控制单元包括有负载信息识别、逆变器驱动信号单元。

输入交流电源、整流滤波单元、可变拓扑高频逆变单元、原边谐振补偿单元和原边磁能发射线圈单元顺序连接；副边磁能拾取线圈单元、副边谐振补偿单元和副边整流滤波及调压单元顺序连接后连接在负载上；原边磁能发射线圈单元和副边磁能拾取线圈单元相对应；可变拓扑高频逆变单元的控制端与智能控制单元的逆变器驱动信号单元连接，智能控制单元与同时与负载性质检测单元和储存器连接，负载性质检测单元通过负载有无检测单元与原边磁能发射线圈单元连接。

所述的可变拓扑高频逆变单元采用“三相四线制”拓扑，共4个桥臂，即A相桥臂Q1和Q2、B相桥臂Q3和Q4、C相桥臂Q5和Q6、公共桥臂Q7和Q8，使用三个原边磁能发射线圈，采用星型连接方式，三个线圈分别接到三相桥臂中心点上，星型连接公共点N连接到公共桥臂中心点上。

所述的无线供电方法是：整流滤波单元将输入交流电源变换成直流电为可变拓扑高频逆变单元供电；可变拓扑高频逆变单元是将整流滤波单元输出的直流电变换为高频交流电流提供给原边磁能发射线圈，在线圈周围产生高频交变的磁场，可变拓扑高频逆变单元可实现三种拓扑结构的变换:单负载模式、两负载模式和三负载模式；原边磁能发射线圈单元将可变拓扑高频逆变单元输出的高频交流电以电磁能的形式发射出去；副边磁能拾取线圈单元接收原边发射线圈的磁能；原边磁能发射线圈谐振补偿单元和副边磁能拾取线圈谐振补偿单元减少整体系统的无功功率，提高系统的整体效率；副边整流滤波及调压单元将对应副边拾取的交流电转换为负载所需的直流电；负载信息检测单元是通过负载有无检测和负载性质检测来获取负载的信息；智能控制单元接收并处理负载检测信息，发出控制信号控制可变拓扑高频逆变单元的工作模式。

所述的三个原边磁能发射线圈根据负载位置的不同，在空间呈分布式放置；分布式负载通过自身携带的副边磁能拾取线圈分别与呈分布式分布的原边磁能发射线圈之间的互感耦合获取电能，对负载实现无线供电。