[发明专利]一种三相无线供电系统负载位置检测及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线供电系统的控制方法，具体涉及一种三相无线供电系统负载位置检测及控制方法。

背景技术

日常生活中，桌面电气设备为人们生活带来了许多方便，如手机、笔记本电脑、电视机等。然而，现有电气设备目前都是通过电线和插头的组合方式获取电能，但随着电气设备的日益增多以及人类对便捷生活的日益追求，这种传统的有线供电方式暴露出众多的弊端，如接触火花、线缆繁杂、易发生误触电的危险等。因此，基于感应耦合原理的无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术应运而生。桌面电气设备无线供电解决了传统有线供电方式的接触火花、磨损、供电线缆繁杂等问题，但对于桌面无线供电负载，如鼠标、手机等，由于负载摆放位置不确定、位置变化随机性大等特性，因此传统的桌面无线供电系统存在负载位置变化容忍度低、供电效率低等问题。

针对桌面无线供电系统负载位置不确定的特点，文章《通用非接触供电平台设计及实现》中提出了一种单相无线供电平台系统，该系统原边采用多个圆形线圈平铺在一起组成通用供电平台，将无线供电负载放置在供电平台上便可实现能量的无线传输。该系统虽然能够满足负载在较大的范围内随机移动，但是由于原边线圈在空间中产生的磁场分布不均匀，从而导致负载在不同位置的能量传输效率不同，而且一旦负载摆放位置处于弱磁场区，则能量拾取效率将非常低，甚至无法满足负载的供电要求；另一方面，文章中并没有针对负载实际摆放位置而选择开通相应位置的原边线圈，而是采取原边线圈一直处于常开状态，因此电能的浪费较严重，系统效率较低；文章《Power Transfer Stabilization of the Three-Phase Contactless Energy Transfer Desktop by Means of Coil Commutation》中提出一种三相无线供电平台系统，该系统原边包含多个磁能发射机构，副边包含一个拾取机构，文章分析了该系统存在的电压拾取“盲点”问题，并且就此问题给出了电压拾取“盲点”的消除办法，但对于桌面无线供电系统存在的负载位置不确定、位置变化随机性大等方面未给出相应的解决措施。

发明内容

本发明的目的是针对传统桌面无线供电系统存在负载位置变化容忍度低、供电效率低等缺点，提供一种三相无线供电系统负载位置检测及控制方法，既可提高系统的供电可靠性和灵活性，又能保证负载的高效供电。

本发明的目的是这样实现的，本发明包括三相无线供电系统和负载位置检测及控制方法，具体方案如下：

该三相无线供电系统包括：直流电源、三相组合式逆变器、原边补偿机构、原边线圈选择开关、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构、副边补偿机构、副边整流滤波电路以及负载；直流电源与三相组合式逆变器的输入端连接，三相组合式逆变器的输出端与原边补偿机构的输入端连接，原边补偿机构的输出端与原边磁能发射机构连接，在原边补偿机构与原边磁能发射机构之间连接有原边线圈选择开关；原边磁能发射机构与副边磁能拾取机构通过电磁感应原理相耦合，副边磁能拾取机构通过副边补偿机构与副边整流电路的输入端连接，副边整流电路的输出端与并联的副边滤波电路和负载连接。

所述的直流电源可由工频交流电经整流滤波后得到。

所述的三相组合式逆变器由三个单相桥式逆变器星型联结组成，作为系统原边高频逆变器。

所述的原边磁能发射机构是由3组共3n个完全相同的正六边形线圈按蜂窝状排列组成的原边线圈阵列，任一顶点处三个线圈分别来自A、B、C三个不同的组，原边同相线圈采取复用逆变器的结构，原边A、B、C三组线圈分别与三相组合式逆变器的三相输出相连。

所述的原边线圈选择开关与每个原边线圈串联，通过该开关控制原边线圈的开通与关断。

所述的副边磁能拾取机构仅包含一个拾取线圈，副边整流滤波电路采用带大电容滤波的二极管不控整流电路。

所述的原边补偿机构和副边补偿机构的补偿方式均采用串联谐振补偿，目的在于避免输入直流电源与谐振补偿电容发生短路且简化了原、副边补偿机构的设计。

所述三相组合式逆变器采用电流滞环控制策略分别对三个单相逆变器单独控制，给定三相参考电流幅值相等相位互差120°，保证三相组合式逆变器输出三相对称。

所述原边磁能发射机构中所有线圈的材料、尺寸、匝数、线圈绕向、电感参数完全一致。

所述的负载位置检测方法：负载位置检测算法以射频识别(RFID)技术为检测方法，DSP为控制器，通过原边线圈选择开关控制原边线圈的选通与关断，其具体检测方法为：