屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑及其参数设计方法技术

本发明专利技术涉及无线供电技术领域，具体公开了一种屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑及其参数设计方法，基于提出的双边LCLC拓扑结构，构造出与发射线圈和接收线圈相互解耦的原边屏蔽线圈和副边屏蔽线圈，并在电流同向时则反向绕制对应的屏蔽线圈，电流反向时则正向绕制对应的屏蔽线圈，使原副边屏蔽线圈的电流方向分别与流经发射线圈和接收线圈的电流反向，从而形成抵消磁场达到削弱收发线圈间磁场泄漏的目的；屏蔽线圈间产生的屏蔽磁场能够在不影响主磁场传能特性的前提下实现对收发线圈外周磁场的屏蔽，且由于LCLC的拓扑特性，能够通过参数设计改变屏蔽线圈内的电流和收发线圈内的电流比值，从而达到最佳的屏蔽效果。从而达到最佳的屏蔽效果。从而达到最佳的屏蔽效果。

【技术实现步骤摘要】
屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑及其参数设计方法


[0001]本专利技术涉及无线供电
，尤其涉及一种屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑及其参数设计方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输(WPT)系统借用空间中的能量载体(如磁场、电场、电磁波等)，将电能从电源侧传送到负载侧。其中，感应式无线电能传输利用发送线圈内感应出的交变磁场，经过电磁感应，在接收线圈内产生电压，实现能量的无线传输。该技术能有效避免传统有线电能传输所引起的漏电、电火花等问题。目前广泛应用于电动汽车、医疗器械、手机等充电领域。
[0003]但现有的感应式无线电能传输技术应用受到很大的限制，其主要原因之一就是该技术产生的磁场会散发到四周，对人体健康产生影响。因此如何屏蔽感应式无线电能传输过程中散发到四周的磁场(简称外周磁场)是一个有待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑及其参数设计方法，解决的技术问题在于：如何屏蔽感应式无线电能传输过程中的外周磁场。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术首先提供一种屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，包括连接在发射端的全桥逆变器(I1)与发射线圈(L3)之间的原边LCLC拓扑，和连接在接收端的接收线圈(L4)与全桥整流器(H1)之间的副边LCLC拓扑；
[0006]所述原边LCLC拓扑包括串联在所述全桥逆变器(I1)两端的原边第一线圈(L1)和原边第一补偿电容(C1)，串联在所述原边第一补偿电容(C1)两端的原边第二线圈(L2)与原边第二补偿电容(C2)，所述原边第二补偿电容(C2)的两端连接所述发射线圈(L3)的两端；所述副边LCLC拓扑包括串联在所述全桥整流器(H1)两端的副边第二补偿电容(C4)与副边第二线圈(L6)，串联在所述副边第二补偿电容(C4)两端的副边第一线圈(L5)与副边第一补偿电容(C3)，所述副边第一补偿电容(C3)的两端连接所述接收线圈(L4)的两端；
[0007]所述原边第一线圈(L1)或/和所述原边第二线圈(L2)中的至少一部分是由绕制在所述发射线圈(L3)解耦位置上的原边屏蔽线圈构成；对应在所述接收线圈(L4)的解耦位置上绕制有副边屏蔽线圈并作为所述副边第二线圈(L6)或/和所述副边第一线圈(L5)中的至少一部分，所述原边第一线圈(L1)与所述发射线圈(L3)中的电流流向相反，所述原边第二线圈(L2)与所述接收线圈(L4)中的电流流向相同。所述副边第一线圈(L5)与所述发射线圈(L3)中的电流流向相同，所述副边第二线圈(L6)与所述接收线圈(L4)中的电流流向相反。
[0008]优选的，所述发射线圈(L3)、所述原边屏蔽线圈、所述副边屏蔽线圈、所述接收线圈(L4)为平面线圈且从下到上依次摆放；所述原边屏蔽线圈和所述副边屏蔽线圈的位置在俯视视角上保持交错排列，使两者相互解耦。
[0009]优选的，所述原边屏蔽线圈绕制成2个以上均匀分布的原边屏蔽子线圈，所述副边
屏蔽线圈也绕制成2个以上均匀分布的副边屏蔽子线圈，所述原边屏蔽子线圈和所述副边屏蔽子线圈的位置在俯视视角上保持原副边交错排列，使两两之间都处于解耦点，即是使所述原边屏蔽子线圈与所述副边屏蔽子线圈之间相互解耦，所述原边屏蔽子线圈之间相互解耦，所述副边屏蔽子线圈之间相互解耦。
[0010]优选的，令K1表示所述原边第一补偿电容(C1)的参数值C1与所述原边第二补偿电容(C2)的参数值C2之间的比值即K2表示所述副边第二补偿电容(C4)的参数值C4与所述副边第一补偿电容(C3)的参数值C3之间的比值即则通过设计K1与K2，使得所述原边屏蔽线圈、所述副边屏蔽线圈的屏蔽效果达到最佳。
[0011]具体的，所述原边第一线圈(L1)与所述原边第一补偿电容(C1)谐振；所述原边第二线圈(L2)、所述原边第一补偿电容(C1)和所述原边第二补偿电容(C2)构成的回路串联谐振；所述原边第二补偿电容(C2)与所述发射线圈(L3)并联谐振；所述副边第二线圈(L6)与所述副边第二补偿电容(C4)谐振；所述副边第一线圈(L5)、所述副边第一补偿电容(C3)和所述副边第二补偿电容(C4)构成的回路串联谐振；所述副边第一补偿电容(C3)与所述接收线圈(L4)并联谐振。
[0012]优选的，当所述原边第一线圈(L1)的一部分被绕制成原边第一屏蔽线圈(L
11
)时，剩余部分采用与所述原边第一屏蔽线圈(L
11
)串联的原边第一补偿电感(L
12
)，且所述原边第一屏蔽线圈(L
11
)绕制方向与所述发射线圈(L3)相同；
[0013]当所述原边第二线圈(L2)的一部分被绕制成原边第二屏蔽线圈(L
21
)时，剩余部分采用与所述原边第二屏蔽线圈(L
21
)串联的原边第二补偿电感(L
22
)，且所述原边第二屏蔽线圈(L
21
)绕制方向与所述接收线圈(L4)相反；
[0014]当所述副边第一线圈(L5)的一部分被绕制成副边第一屏蔽线圈(L
51
)时，剩余部分采用与所述副边第一屏蔽线圈(L
51
)串联的副边第一补偿电感(L
52
)，且所述副边第一屏蔽线圈(L
51
)绕制方向与所述发射线圈(L3)相反；
[0015]当所述副边第二线圈(L6)的一部分被绕制成副边第二屏蔽线圈(L
61
)时，剩余部分采用与所述副边第二屏蔽线圈(L
61
)串联的副边第二补偿电感(L
62
)，且所述副边第二屏蔽线圈(L
61
)绕制方向与所述接收线圈(L4)相同。
[0016]本专利技术还提供一种屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑的参数设计方法，包括步骤：
[0017]S1、根据负载功率P
L
、无线传输距离、工作频率f的要求，确定所述发射线圈(L3)、所述接收线圈(L4)的形状、尺寸和参数值，以及两者的互感参数M
34
；
[0018]S2、基于所述原边第二补偿电容(C2)与所述发射线圈(L3)的谐振关系，所述副边第一补偿电容(C3)与所述接收线圈(L4)的谐振关系，确定所述原边第二补偿电容(C2)和所述副边第一补偿电容(C3)的参数值；
[0019]S3、根据所述发射线圈(L3)的形状、尺寸、参数值和磁场屏蔽性能需求，确定所述原边屏蔽线圈的形状、尺寸和参数值，并以不影响主磁场传能特性为前提，确定所述原边屏蔽线圈的放置位置：所述原边屏蔽线圈位于所述发射线圈(L3)的上方，且两者间的水平偏移距离要保证两者处于解耦点；
[0020]S4、根据所述接收线圈(L4)的形状、尺寸、参数值和磁场屏蔽性能需求，设计确定所述副边屏蔽线圈的形状、尺寸和参数值，并以不影响主磁场传能特性为前提，确定所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，包括连接在发射端的全桥逆变器(I1)与发射线圈(L3)之间的原边LCLC拓扑，和连接在接收端的接收线圈(L4)与全桥整流器(H1)之间的副边LCLC拓扑；所述原边LCLC拓扑包括串联在所述全桥逆变器(I1)两端的原边第一线圈(L1)和原边第一补偿电容(C1)，串联在所述原边第一补偿电容(C1)两端的原边第二线圈(L2)与原边第二补偿电容(C2)，所述原边第二补偿电容(C2)的两端连接所述发射线圈(L3)的两端；所述副边LCLC拓扑包括串联在所述全桥整流器(H1)两端的副边第二补偿电容(C4)与副边第二线圈(L6)，串联在所述副边第二补偿电容(C4)两端的副边第一线圈(L5)与副边第一补偿电容(C3)，所述副边第一补偿电容(C3)的两端连接所述接收线圈(L4)的两端；其特征在于：所述原边第一线圈(L1)或/和所述原边第二线圈(L2)中的至少一部分是由绕制在所述发射线圈(L3)解耦位置上的原边屏蔽线圈构成；对应在所述接收线圈(L4)的解耦位置上绕制有副边屏蔽线圈并作为所述副边第二线圈(L6)或/和所述副边第一线圈(L5)中的至少一部分；所述原边第一线圈(L1)与所述发射线圈(L3)中的电流流向相反，所述原边第二线圈(L2)与所述接收线圈(L4)中的电流流向相同，所述副边第一线圈(L5)与所述发射线圈(L3)中的电流流向相同，所述副边第二线圈(L6)与所述接收线圈(L4)中的电流流向相反，在与所述发射线圈(L3)或所述接收线圈(L4)的电流同向时则反向绕制对应的屏蔽线圈，在与所述发射线圈(L3)或所述接收线圈(L4)的电流反向时则正向绕制对应的屏蔽线圈。2.根据权利要求1所述的屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，其特征在于：所述发射线圈(L3)、所述原边屏蔽线圈、所述副边屏蔽线圈、所述接收线圈(L4)为平面线圈且从下到上依次摆放；所述原边屏蔽线圈和所述副边屏蔽线圈的位置在俯视视角上保持交错排列，使两者相互解耦。3.根据权利要求2所述的屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，其特征在于：所述原边屏蔽线圈绕制成2个以上均匀分布的原边屏蔽子线圈，所述副边屏蔽线圈也绕制成2个以上均匀分布的副边屏蔽子线圈，所述原边屏蔽子线圈和所述副边屏蔽子线圈的位置在俯视视角上保持原副边交错排列，使两两之间都处于解耦点，即是使所述原边屏蔽子线圈与所述副边屏蔽子线圈之间相互解耦，所述原边屏蔽子线圈之间相互解耦，所述副边屏蔽子线圈之间相互解耦。4.根据权利要求1所述的屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，其特征在于：令K1表示所述原边第一补偿电容(C1)的参数值C1与所述原边第二补偿电容(C2)的参数值C2之间的比值即K2表示所述副边第二补偿电容(C4)的参数值C4与所述副边第一补偿电容(C3)的参数值C3之间的比值即则通过设计K1与K2，使得所述原边屏蔽线圈、所述副边屏蔽线圈的屏蔽效果达到最佳。5.根据权利要求4所述的屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，其特征在于：所述原边第一线圈(L1)与所述原边第一补偿电容(C1)谐振；所述原边第二线圈(L2)、所述原边第一补偿电容(C1)和所述原边第二补偿电容(C2)构成的回路串联谐振；所述原边第二补偿电容(C2)与所述发射线圈(L3)并联谐振；所述副边第二线圈(L6)与所述副边第二补偿电容
(C4)谐振；所述副边第一线圈(L5)、所述副边第一补偿电容(C3)和所述副边第二补偿电容(C4)构成的回路串联谐振；所述副边第一补偿电容(C3)与所述接收线圈(L4)并联谐振。6.根据权利要求1～5任一项所述的屏蔽外周磁场的感应式WPT双边LCLC拓扑，其特征在于：当所述原边第一线圈(L1)的一部分被绕制成原边第一屏蔽线圈(L
11
)时，剩余部分采用与所述原边第一屏蔽线圈(L
11
)串联的原边第一补偿电感(L
12
)，且所述原边第一屏蔽线圈(L
11
)绕制方向与所述发射线圈(L3)相同；当所述原边第二线圈(L2)的一部分被绕制成原边第二屏蔽线圈(L
21
)时，剩余部分采用与所述原边第二屏蔽线圈(L
21
)串联的原边第二补偿电感(L
22
)，且所述原边第二屏蔽线圈(L
21
)绕制方向与所述接收线圈(L4)相反；当所述副边第一线圈(L5)的一部分被绕制成副边第一屏蔽线圈(L
51
)时，剩余部分采用与所述副边第一屏蔽线圈(L
51
)串联的副边第一补偿电感(L
52
)，且所述副边第一屏蔽线圈(L
51
)绕制方向与所述发射线圈(L3)相反；当所述副边第二线圈(L6)的一部分被绕制成副边第二屏蔽线圈(L
61
)时，剩余部分采用与所述副边第二屏蔽线圈(L
61
)串联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李砚玲，应杨江，谢开汶，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：