[发明专利]一种基于三线圈的恒压恒流式无线电能传输装置

说明书

一种基于三线圈的恒压恒流式无线电能传输装置，该装置由传统无线电能传输装置改进得到，并由三部分组成；钳位电路工作时基于其设定的恒压特性通过互感实现发射电路的恒流特性，进而实现接收电路的恒流特性；钳位电路关断时基于发射电路设定的恒压特性，通过互感实现接收电路的恒压特性。传统恒压式或恒流式无线电能传输装置仅考虑距离一定时的无线电能传输，未能做到距离可变的真正意义上的恒压或恒流传输。本发明在一二次侧线圈距离变化的情况下通过控制钳位电路和发射电路不仅可以实现接收回路的恒压恒流模式可切换的输出，也可以真正意义上的实现一定范围内的距离无关的无线电能传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，特别是指一种基于三线圈的恒压恒流式无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输技术(Wireless Power Transmission,WPT)，是指通过发射端将电能转换成其他形式的能量(如电磁波、机械波等)，再由接收端将该能量收集并转换成电能的，以实现一定距离的无线电能传输的方式。传统的有线供电方式中存在大量复杂的电气接线，尤其在墙体、水下及生物体等施工难度大及高度灵活设备充电的场合，无线电能传输方式的优势显得尤为突出。此外，无线电能传输在减少机械开关操作并提高供电可靠性，减少物理耗材和施工周期等方面都有着显著的优点。

伴随着新能源技术的发展，负载的精密程度越来越高，所要求的充电条件也日趋严格，基于负载无关的恒压式和恒流式输出的无线电能传输方式应运而生。由于无线电能传输系统的磁路结构存在漏感大，耦合系数低的问题，往往需要采用谐振补偿网络来补偿系统的漏感和励磁电感，从而有效提高有功功率的容量并实现高效率的电能传输。同时，当系统负载变化时，传统的谐振补偿网络无法同时实现负载恒流或恒压输出，往往仅针对一种恒压模式或者恒流模式设计，无法做到模式可切换。此外，随着现代科技发展，传统无线电能传输的研究无法真正摆脱位置固定的局限性，不能有效发挥无线连接自身的位置可变属性，在距离变化情况下已有研究的电路结构的恒压或恒流输出均会受到影响，为此探究距离可变的恒压恒流特性将会实现真正意义上的恒压或恒流输出，可以为无人机及电车等设备在工作过程中稳定供电提供新的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于三线圈的恒压恒流式无线电能传输装置，增加钳位电路，能够可靠的提供负载无关输出特性。

本发明采用如下技术方案：

一种基于三线圈的恒压恒流式无线电能传输装置，包括发射电路和接收电路，其特征在于：还包括钳位电路，其包含钳位限压电路、滤波电容C_F2和钳位补偿单元，钳位限压电路设有两桥路且经与滤波电容并联后与发射电路的直流电源相连；该钳位补偿单元的两端分别与钳位限压电路的两条桥路的中点相连；发射电路与接收电路的距离变化时，两者之间的互感值变化，通过监测接收电路的电流幅值或电压幅值计算互感值，进而通过闭环控制对钳位限压电路或发射电路做移相控制来改变钳位电压或发射电压，实现距离鲁棒性的恒流输出或恒压输出。

所述钳位补偿单元包括发生串联谐振的电感L₃和电容C₃，且满足：ω为固定工作频率。所述桥路包括串联的二极管和开关管，两条桥路的两端连接滤波电容C_F2。

所述钳位电路工作时，所述发射电路的恒定电流由所述发射电路与所述钳位电路的互感及所述钳位电路的电压值确定；所述接收电路的恒定电流由所述发射电路与所述接收电路的互感及所述发射电路的电流值确定。

所述发射电路包括高频逆变器及原边补偿单元，该原边补偿单元包括发生串联谐振的电感L₁和电容C₁，该高频逆变器的一桥臂中点和电容C₁一端相连，电容C₁的另一端与电感L₁相连，电感L₁和高频逆变器的另一桥臂中点相连。所述串联谐振的电感L₁和电容C₁满足：ω为固定工作频率。