一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置及其调谐方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置及其调谐方法，其装置的组成是：无线电能传输设备接收端中的接收线圈(Lr)与负荷(D)之间依次连接有补偿电容(Cr)、相控电感电容并联电路、电流传感器(IR)；其中，相控电感电容并联电路的组成是：电感(Lt)与双向晶闸管(Ty)串联后再与电容(Ct)并联；双向晶闸管(Ty)的控制端和电流传感器(IR)的输出端均与调谐控制器(KR)相连；该调谐装置及其相应的调谐方法，能使接收端保持在最大电流有效值下运行，即接收端电路更接近完全谐振状态，以提高接收端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线电能传输
，尤其属于感应耦合无线电能传输设备中的动态调谐装置及其调谐方法。
技术介绍
二十一世纪以来无线电能传输的基础理论研究和相关技术的工业应用已经成为目前的研究热点，引起了众多国内外学者和工业界的密切关注。无线传能技术的应用小到电动牙刷、手机充电，大到电动汽车无线充电桩、轨道交通无线供电系统，而且正逐渐向大功率应用方向发展。感应耦合无线电能传输方式是众多无线电能传输方式中向大功率方向发展最有前景的之一，其传输装置由发送端和接收端两部分组成。第一部分是感应耦合无线电能传输装置的发送端，其组成原理是：电网的工频电经过整流器整流成直流电，再经过高频逆变器将直流逆变成高频的交流电，高频的交流电流在发送线圈中流动产生高频交变磁场。第二部分是感应耦合无线电能传输装置的接收端，其组成原理是：接收端的接收线圈感应到发送线圈产生的高频交变的磁场，在接收线圈中感生出高频的交流电，接收线圈中的高频交流电经过整流器整流成直流电，再逆变为负载所需（通常为工频）交流电，从而完成电能的无线传输。感应耦合无线电能传输装置的核心问题就是接收线圈和发送线圈之间的能量传输。最理想的情况下，感应耦合无线电能传输装置发送端和接收端均处于同一谐振频率下谐振时，装置的传输功率和传输效率达到最大。然而接收线圈和发送线圈之间存在较大的气隙，使得发送线圈和接收线圈的漏感很大，加之，负载、温湿度等因素均会导致线路的阻抗发生变化；从而使发送线圈的无功功率增加，接收线圈的电压降低，降低了电能的传输功率与传输效率。为了提高电能的传输功率与传输效率，一般由调谐装置通过投切电容来对发送线圈或接收线圈的漏感等进行调谐，即电容与发送线圈或接收线圈线圈组成LC谐振振荡电路，提高发送线圈和接收线圈的有功功率；然而，现有接收端调谐装置大多是基于阻抗测量而改变投切电容数量进行动态补偿，实现对无线传能系统接收端线圈漏感的调谐；但由于接收端线圈漏感变化等因素导致其阻抗难以实时、精确测量，使得无线传能系统参数发生变化，进而导致发送端与接收端的谐振频率发生变化时，调谐装置不能实时、精确调谐，系统没有处于谐振的状态，降低了无线传能系统传输功率和效率。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置，该动态调谐装置能使接收端保持在最大电流有效值下运行，即接收端电路更接近完全谐振状态，以提高接收端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。本专利技术实现其第一专利技术目的所采用的技术方案是，一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置，其特征在于：无线电能传输设备接收端中的接收线圈与负荷之间依次连接有补偿电容、相控电感电容并联电路、电流传感器；其中，相控电感电容并联电路的组成是：电感与双向晶闸管串联后再与电容并联；双向晶闸管的控制端和电流传感器的输出端均与调谐控制器相连。本专利技术的第二目的是提供一种使用上述的动态调谐装置进行调谐的方法，该方法更快捷、更简单地实现接收端的调谐，提高接收端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。本专利技术实现其第二专利技术目的所采用的技术方案是，一种使用上述的动态调谐装置对无线电能传输设备进行调谐的方法，其步骤是：A、初始时，双向晶闸管的当前触发角α0设为π,即双向晶闸管设为断开状态；B、调谐控制器控制双向晶闸管使其触发角为当前触发角α0，同时电流传感器检测出接收线圈的电流有效值Ir，传送给调谐控制器，调谐控制器将收到的电流有效值Ir记为当前电流有效值I0；C、调谐控制器将B步的当前触发角α0代入下式（1）中的触发角α计算出相控电感电容并联电路的当前等效阻抗Z0，Z=jω0πLt2π-2α+sin2α-πω02CtLt---(1)]]>式中ω0为接收线圈上感生电压的角频率，Lt为电感的电感值，Ct为电容的电容值；然后，调谐控制器按设定的等效阻抗Z的调节量△Z得到一个小等效阻抗Z1，Z1=Z0-△Z和一个大等效阻抗Z2，Z2=Z0+△Z，并根据上式（1）求出一个小等效阻抗Z1对应的双向晶闸管的小等效阻抗调节触发角α1和大等效阻抗Z2对应的双向晶闸管的大等效阻抗触发角α2；D、调谐控制器控制双向晶闸管使其触发角为小等效阻抗调节触发角α1，再将电流传感器检测到的接收线圈的电流有效值Ir记为小等效阻抗电流值I1；随后调谐控制器控制双向晶闸管使其触发角等于大等效阻抗触发角α2，并将电流传感器检测到的接收线圈的电流有效值Ir记为大等效阻抗电流值I2；E、调谐控制器比较三个电流值I1、I2和I0的大小：如果最大值为I1，则令当前触发角α0=α1，转B步；如果最大值为I2，则令当前触发角α0=α2，转B步；如果最大值为I0，直接转B步。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、由于负载通常呈感性，本专利技术采用静态的补偿电容进行初步的静态调谐补偿，再采用相控电感电容并联电路进行动态调谐；大幅降低了动态调谐的调谐变化范围，提高了调谐精度；由双向晶闸管控制相控电感电容并联电路中的电感的通断时间实现相控电感电容并联电路从全感性至全容性的无级调节，较之离散电容阵列的有级调节，其连续性好、调谐精度高；从而本专利技术能实现更高精度的调谐，使接收端更接近理想的谐振状态，其有功功率更高，从而进一步提高无线电能传输设备的传输功率和效率。同时，双向晶闸管控制相控电感电容并联电路较之离散的电容阵列，其体积小、性能稳定、价格低廉、电路简单、便于集成、易于推广。二、本专利技术通过记录双向晶闸管的当前触发角及其对应的相控电感电容并联电路两端的等效阻抗值的计算值及其测试电流有效值；再将相控电感电容并联电路两端的等效阻抗分别向小、向大偏移设定的调节量，带入计算式求出调节后的等效阻抗对应的双向晶闸管的大等效阻抗触发角和小等效阻抗触发角，再由该两个触发角来作为双向晶闸管的测试触发角，并实际测出大等效阻抗触发角和小等效阻抗触发角对应的电流有效值；最后找出大、小等效阻抗触发角和当前触发角对应的电流有效值中的最大值，再以最大电流有效值对应的触发角作为双向晶闸管的当前触发角以控制相控电感电容并联电路。通过这样的一次或多次逼近即可使接收端电路的电流有效值处于最大化，从而使接收端电路实时、动态地处于谐振状态或者谐振状态附近。本专利技术利用电路谐振时，接收线圈电流最大的原理来动态补偿谐振回路的电抗，不仅补偿了负荷的阻抗，也补本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置，其特征在于：无线电能传输设备接收端中的接收线圈(Lr)与负荷(D)之间依次连接有补偿电容(Cr)、相控电感电容并联电路、电流传感器(IR)；其中，相控电感电容并联电路的组成是：电感(Lt)与双向晶闸管(Ty)串联后再与电容(Ct)并联；双向晶闸管(Ty)的控制端和电流传感器(IR)的输出端均与调谐控制器(KR)相连。

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输设备接收端动态调谐装置，其特征在于：
无线电能传输设备接收端中的接收线圈(Lr)与负荷(D)之间依次连接有补
偿电容(Cr)、相控电感电容并联电路、电流传感器(IR)；其中，相控电感电容
并联电路的组成是：电感(Lt)与双向晶闸管(Ty)串联后再与电容(Ct)并联；双
向晶闸管(Ty)的控制端和电流传感器(IR)的输出端均与调谐控制器(KR)相连。
2.一种使用权利要求1所述的动态调谐装置对无线电能传输设备进行调
谐的方法，其步骤是：
A、初始时，双向晶闸管(Ty)的当前触发角α0设为π,即双向晶闸管(Ty)
设为断开状态；
B、调谐控制器(KR)控制双向晶闸管(Ty)使其触发角为当前触发角α0，同
时电流传感器(IR)检测出接收线圈(Lr)的电流有效值Ir，传送给调谐控制器
(KR)，调谐控制器(KR)将收到的电流有效值Ir记为当前电流有效值I0；
C、调谐控制器(KR)将B步的当前触发角α0代入下式（1）中的触发角α计
算出相控电感电容并联电路的当前等效阻抗Z0，
Z=jω0πLt2π-2α+sin2α-&pi...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，陆立文，李勇，何正友，李砚玲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51