本發(fā)明涉及無線電能傳輸，具體為基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于電場(chǎng)耦合的電能傳輸(electric-field?coupled?power?transfer,ecpt)技術(shù)的工作原理為直流輸入經(jīng)過高頻逆變電路和發(fā)射端諧振補(bǔ)償電路后得到高頻高壓交流電，在其作用下，耦合機(jī)構(gòu)的兩對(duì)極板之間形成交互電場(chǎng)，這些金屬極板構(gòu)成等效耦合電容為ecpt系統(tǒng)提供完整的電氣回路，在交互電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生位移電流“流過”極板，再經(jīng)過接收端的諧振補(bǔ)償電路和整流濾波電路后變換為負(fù)載需要的電能形式，最終實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。

2、ecpt技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：1)耦合機(jī)構(gòu)采用輕量化金屬作為發(fā)射和接收電極，展現(xiàn)出輕薄、可塑性好等優(yōu)點(diǎn)；2)ecpt技術(shù)利用交變電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)能量傳輸，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)跨越金屬障礙的電能傳輸；3)相比于磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)，ecpt系統(tǒng)在周圍金屬異物上引起的渦流損耗可以忽略。

3、由耦合機(jī)構(gòu)構(gòu)成的耦合互容是ecpt系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸?shù)年P(guān)鍵參數(shù)，而耦合互容cm主要由發(fā)射極板和接收極板之間的正對(duì)面積、電介質(zhì)材料相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)距離所決定。因此當(dāng)發(fā)射極板與接收極板發(fā)生一定偏移時(shí)，會(huì)造成正對(duì)面積減小導(dǎo)致耦合互容減小，進(jìn)而對(duì)ecpt系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

4、目前，關(guān)于電場(chǎng)耦合無線充電抗偏移特性的分析仍較少。哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出一種新型電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)，基于lclc-lc諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)完成傳能拓?fù)湓O(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模分析研究。結(jié)果顯示該系統(tǒng)傳輸功率為223.3w，整機(jī)效率80.6％，且接收極板在發(fā)射極板上方區(qū)域內(nèi)任意移動(dòng)時(shí)輸出功率和效率基本恒定。但該設(shè)計(jì)中是使耦合電容基本保持不變達(dá)到抗偏移效果、無法在耦合電容變化時(shí)起到抗偏移效果。中國船舶集團(tuán)公司第705研究所昆明分部提出一種具有抗偏移及漏電場(chǎng)屏蔽特性的uuv(水下無人航行器)電場(chǎng)耦合無線電能傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)為適用于uuv的五級(jí)板式新型耦合機(jī)構(gòu)，以雙側(cè)lc補(bǔ)償?shù)膃c-wpt系統(tǒng)為例給出系統(tǒng)輸出參數(shù)的計(jì)算方法。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)74w的功率傳輸，效率為85.6％，并且能量接收端從三個(gè)維度偏移時(shí)，系統(tǒng)的輸出功率和效率變化很小。但其五塊極板的耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使得能量接收端在一定范圍內(nèi)移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)射極板與接收極板之間的正對(duì)面積仍然保持不變從而有利于實(shí)現(xiàn)抗偏移，不適用于偏移情況導(dǎo)致發(fā)射極板與接收極板之間的正對(duì)面積變化的情況。

5、可見得，目前的電場(chǎng)耦合無線充電系統(tǒng)的抗偏移性能較為有限，無法實(shí)現(xiàn)耦合互容變化(耦合機(jī)構(gòu)偏移)下的穩(wěn)定輸出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)，解決的技術(shù)問題在于：如何實(shí)現(xiàn)在耦合互容變化下電場(chǎng)耦合無線充電系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，使系統(tǒng)具有良好的抗偏移性能。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)，包括：電能發(fā)射端和電能接收端；

5、所述電能發(fā)射端包括逆變器、兩對(duì)發(fā)射極板以及連接在所述逆變器和兩對(duì)發(fā)射極板之間的發(fā)射端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述發(fā)射端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接的發(fā)射端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其中，所述發(fā)射端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接第一對(duì)發(fā)射極板，所述發(fā)射端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接第二對(duì)發(fā)射極板；

6、所述電能接收端包括整流器、兩對(duì)接收極板以及連接在所述整流器和兩對(duì)接收極板之間的接收端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述接收端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接的接收端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和接收端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其中，所述接收端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接第一對(duì)接收極板，所述接收端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接第二對(duì)接收極板。

7、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述電能發(fā)射端由直流供電電源edc提供電能，電壓型全橋逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電供給后級(jí)電路，其中，所述電壓型全橋逆變器由功率mosfets1～s4組成。

8、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一對(duì)發(fā)射極板和所述第一對(duì)接收極板構(gòu)成第一套耦合機(jī)構(gòu)，所述第二對(duì)發(fā)射極板和所述第二對(duì)接收極板構(gòu)成第二套耦合機(jī)構(gòu)。

9、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括：

10、補(bǔ)償電感l(wèi)11、補(bǔ)償電容cex11構(gòu)成所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的發(fā)射端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償電感l(wèi)f1和補(bǔ)償電感l(wèi)p1、補(bǔ)償電容cex12和補(bǔ)償電容cf1構(gòu)成所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的發(fā)射端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述補(bǔ)償電感l(wèi)p1和所述補(bǔ)償電容cex12連接所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的第二對(duì)發(fā)射極板，且所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的發(fā)射端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的發(fā)射端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接。

11、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述補(bǔ)償電感l(wèi)p1由兩部分電感組成，包括第一部分電感l(wèi)12和感值與補(bǔ)償電感l(wèi)f1相同的第二余部分電感。

12、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括：

13、補(bǔ)償電感l(wèi)21、補(bǔ)償電容cex21構(gòu)成所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的接收端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償電感l(wèi)s1和補(bǔ)償電感l(wèi)f2、補(bǔ)償電容cex22和補(bǔ)償電容cf2構(gòu)成所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的接收端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述補(bǔ)償電感l(wèi)s1和所述補(bǔ)償電容cex22連接所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的第二對(duì)接收極板，且所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的接收端lc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和所述第二套耦合機(jī)構(gòu)的接收端lclc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)反接。

14、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述補(bǔ)償電感l(wèi)s1由兩部分電感組成，包括第一部分電感l(wèi)22和感值與補(bǔ)償電感l(wèi)f2相同的第二余部分電感。

15、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述發(fā)射端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和所述接收端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)滿足關(guān)系：

16、

17、其中，ω表示系統(tǒng)工作角頻率，c11＝cin11+cex11，cin11表示第一套耦合機(jī)構(gòu)的第一對(duì)發(fā)射極板的電容，c12＝cin12+cex12，cin12表示第一套耦合機(jī)構(gòu)的第二對(duì)發(fā)射極板的電容，c21＝cin21+cex21，cin21表示第一套耦合機(jī)構(gòu)第一對(duì)接收極板的電容，c22＝cin22+cex22，cin22表示第一套耦合機(jī)構(gòu)第二對(duì)接收極板的電容。

18、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述補(bǔ)償電感l(wèi)f1和所述補(bǔ)償電容cf1滿足諧振關(guān)系，所述補(bǔ)償電感l(wèi)f2與所述補(bǔ)償電容cf2滿足諧振關(guān)系，即ω2lf1?cf1＝1，ω2lf2cf2＝1。

19、作為本發(fā)明所述的基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：還包括：

20、所述補(bǔ)償電感l(wèi)f1與所述補(bǔ)償電感l(wèi)f2相等，所述補(bǔ)償電感l(wèi)11與所述補(bǔ)償電感l(wèi)21相等，所述補(bǔ)償電感l(wèi)p1的第一部分電感l(wèi)12與所述補(bǔ)償電感l(wèi)s1的第一部分電感l(wèi)22相等；

21、所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的第一對(duì)發(fā)射極板的電容cin11與所述第一套耦合機(jī)構(gòu)第一對(duì)接收極板的電容cin21相等，所述第一套耦合機(jī)構(gòu)的第二對(duì)發(fā)射極板的電容cin12與所述第一套耦合機(jī)構(gòu)第二對(duì)接收極板的電容cin22相等；

22、所述補(bǔ)償電容cex11與所述補(bǔ)償電容cex21相等，所述補(bǔ)償電容cex12與所述補(bǔ)償電容cex22相等。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的一種基于雙邊lc和雙邊lclc混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ecpt系統(tǒng)，其兩套相互之間交叉耦合電容可以忽略不計(jì)的耦合機(jī)構(gòu)分別使用雙邊lc和雙邊lclc拓?fù)溥M(jìn)行補(bǔ)償，再將兩者進(jìn)行串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出組合與逆變和負(fù)載連接。雙邊lc和雙邊lclc補(bǔ)償拓?fù)渚捎煤懔髂Ｊ脚渲C，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的恒流輸出特性，且由于使用的兩種補(bǔ)償拓?fù)漭敵鎏匦耘c耦合互容cm呈互補(bǔ)關(guān)系，因此該系統(tǒng)能夠基本實(shí)現(xiàn)耦合互容cm變化下的恒功率輸出，表現(xiàn)為良好的抗耦合機(jī)構(gòu)偏移性能。