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专利号: 2018114136062
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:包括原边能量发射模块、原边能量中转模块、副边能量中转模块和副边能量拾取模块;

所述原边能量发射模块用于将交流电压源Vi输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块;

所述原边能量中转模块用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块;

所述副边能量中转模块用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块;

所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载Rac;

所述原边能量发射线圈L1与副边能量中转线圈L3之间的互感M13为零,原边能量中转线圈L2与副边能量拾取线圈L4之间的互感M24为零;原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端同向,副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端反向,或者原边能量发射线圈L1与原边能量中转线圈L2之间的同名端反向,副边能量中转线圈L3与副边能量拾取线圈L4之间的同名端同向;

所述原边能量发射线圈L1、原边能量中转线圈L2、副边能量中转线圈L3、副边能量拾取线圈L4的参数设计包括以下步骤:步骤1:采用利兹线建立原边能量发射线圈L1、原边能量中转线圈L2、副边能量中转线圈L3、副边能量拾取线圈L4的形状模型,所述形状模型可以是圆形或矩形,所述原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2组成原边线圈,所述副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4组成副边线圈;

步骤2:确定原边线圈与副边线圈间的气隙间距h、原边线圈的面积S1和副边线圈的面积S2,以及利兹线的外径d,其中,S1=a1×b1,a1为原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2的总体长度,b1为原边能量发射线圈L1和原边能量中转线圈L2的总体宽度,S2=a2×b2,a2为副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4的总体长度,b2副边能量中转线圈L3和副边能量拾取线圈L4的总体宽度;

步骤3:设原边能量发射线圈L1匝数为N1,宽度为l1,原边能量中转线圈L2匝数为N2,宽度为l2,副边能量中转线圈L3匝数为N3,宽度为l3,副边能量拾取线圈L4匝数为N4,宽度为l4,给定初始数值l1=l2=l3=l4=10mm,N1=N2=N3=N4=1,设置匝数步长ΔN,宽度步长Δl;

步骤4:根据N3和N4的初始值,判断是否满足条件:

当满足条件时,N3和N4不断增加ΔN,直到M13=0,M24=0,

当不满足条件时,l3和l4增加Δl后,重置N3,即N3=1,再判断是否满足上述条件,直到满足条件时停止;

步骤5:观测各线圈之间的互感,设定原边能量中转线圈L2与副边能量中转线圈L3之间的互感M23、原边能量发射线圈L1与副边能量拾取线圈L4之间的互感M14在正对时的互感相同,为M,判断是否满足条件:当满足条件时,记录当前线圈的所有参数,记为Cn(n=1,2,3……),

当不满足条件时,N1和N2不断增加ΔN,再判断是否满足条件:

当满足条件时,重置N3和l3,以及N4和l4,即N3=1,l3=10mm,N4=1,l4=10mm,再返回步骤4进行判断,当不满足条件时,l1和l2增加Δl后,重置N1、N3和l3,以及N2、N4和l4,即N1=N3=1,l3=

10mm,N2=N4=1,l4=10mm,再返回步骤4进行判断,直到满足上述条件时停止;

步骤6:观测步骤5中Cn在不同偏移距离下的互感之间的变化曲线,将此时Cn对应的线圈之间在不同偏移距离下的各个互感参数带入输出电流公式:其中,Id是输出电流,ω为系统角频率,E为直流电压源的输出电压,根据上述公式,比较偏移距离,从而获得Cn最优值,以最优值对应的线圈参数进行各个线圈设计。

2.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述原边能量发射模块包括相互连接呈环路的交流电压源Vi和第一谐振环路,所述第一谐振环路包括第一补偿电容C1和原边能量发射线圈L1,所述第一补偿电容C1与原边能量发射线圈L1串联。

3.根据权利要求2所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述交流电压源Vi可以替换为相互连接的直流电压源E和高频逆变器H。

4.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述原边能量中转模块包括单独且闭合的第二谐振环路,所述第二谐振环路包括第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L2,所述第二补偿电容C2和原边能量中转线圈L2相互连接呈环路。

5.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述副边能量中转模块包括单独且闭合的第三谐振环路,所述第三谐振环路包括第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3,所述第三补偿电容C3和副边能量中转线圈L3相互连接呈环路。

6.根据权利要求1所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述副边能量拾取模块包括相互连接呈环路的交流等效负载Rac和第四谐振环路,所述第四谐振环路包括第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4,所述第四补偿电容C4和副边能量拾取线圈L4串联。

7.根据权利要求6所述的一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统,其特征在于:所述交流等效负载Rac可以替换为相互连接的整流桥D和负载R。