[发明专利]同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC-WPT系统

说明书

本发明涉及电场耦合无线电能传输(EC‑WPT)技术领域，具体公开了一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC‑WPT系统，同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构包括十六块分裂极板，十六块分裂极板成对连接，该耦合机构从原理上消除了同侧耦合以及解决了由此产生的系统失谐问题。理论分析表明，该耦合机构的主耦合系数与传统耦合机构的主耦合系数基本相同，并且在x轴偏移情况下仍能保持解耦效果。当负载在较大范围内变化时，基于解耦型耦合机构的EC‑WPT系统能够始终运行在谐振状态。

技术领域

本发明涉及电场耦合无线电能传输(EC-WPT)技术领域，尤其涉及一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及基于同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构的EC-WPT系统。

背景技术

电场耦合无线电能传输(Electric-field Coupled Wireless Power Transfer,EC- WPT)和磁场耦合无线电能传输(Magnetic-field Coupled Wireless PowerTransfer,MC-WPT)作为两种主要的无线电能传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术，已经引起了越来越多的学者关注。EC-WPT系统通过金属极板之间的高频交变电场来传输电能，所采用的电场耦合机构具有设计灵活性高、重量和体积小等优点。近年来，在对体积和重量有严格要求的无人机、水下自主机器人、电动汽车和轨道交通等应用领域中，围绕EC-WPT技术的研究逐渐增多。

随着电气设备类型的增加，不同功率等级的充电要求也随之增加。以电动车为例，电动汽车、电动卡车和电动公共汽车等不同类型车辆所需的充电功率范围覆盖了3.7kW至22kW。为了适应不同应用的无线充电功率的要求，需要重复研发适用于WPT系统的不同容量的电能变换装置。可扩展的模块化设计作为一种较优的解决思路，通过将多个具有适当功率容量的WPT模块级/并联，从而构建不同功率级别的WPT系统，用以满足实际用电需求。

然而，现有模块化WPT系统的研究主要集中于MC-WPT技术。在模块化 MC-WPT系统中，多个功率通道之间存在同侧耦合作用，这会影响系统的谐振状态，进而导致系统的传输功率和效率的下降。现有消除模块化MC-WPT系统中不利于系统谐振的同侧耦合影响的方法主要分为电路解耦法和磁路解耦法。

在电路解耦方法中，为了消除同侧耦合，需要在原始系统中添加附加元件或装置，如辅助电容、共享电容或变压器。这些方法利用附加元件或装置的阻抗来抵消耦合线圈之间因交叉耦合而产生的互感，从而实现电路解耦。然而，由于采用了更多的元器件，这些方法在重量和体积上都没有优势。此外，由此衍生出的高阶补偿网络的参数设计问题也使得系统设计变得更加复杂。

在磁路解耦方法中，为了消除同侧耦合，设计了多种带有两个解耦线圈的传能线圈，如双极线圈、DDQ线圈以及四极环线圈等。通过合理设计绕组的形状和相对位置，能够使得两个线圈之间的互感为零。这种方法从根本上解决了线圈之间的交叉耦合，相比于电路解耦法更简单直接。然而，这些现有方法仅适用于MC-WPT系统中耦合线圈的解耦。类似于MC-WPT系统，在具有多发射和/或多接收的电场耦合机构中，各耦合极板之间也存在复杂的耦合电容。多发射多接收EC-WPT系统耦合机构的交叉耦合也会影响系统的运行状态，而该问题尚未得到重视和有效解决。

发明内容

本发明提供一种同侧解耦型多发射多接收电场耦合机构及EC-WPT系统，解决的技术问题在于：多发射多接收的电场耦合机构中，各耦合极板之间存在复杂的耦合电容，影响了系统的运行状态。