[实用新型]一种磁感应式无线电能传输设备中的补偿装置

说明书

技术领域

本实用新型属于无线电能传输技术，尤其属于无线电能传输设备中的补偿装置。

背景技术

无线传能的发展保持迅猛的势头，从广泛应用的小功率（医学、消费电子）的电能传输，逐渐向大功率（电动汽车无线充电桩、轨道交通无线供电系统）的电能传输发展。其中，磁感应式无线电能传输装置包括发送端和接收端两部分：发送端通过整流器将工频电变成直流，再控制器的控制下由高频逆变器将直流变成高频交流电，高频交流电流在发送线圈中流动产生高频磁场；接收端的接收线圈感应到发送线圈产生的高频磁场，在接收线圈中感生出高频交流电，接收线圈中的高频交流电向负荷（包括后续装置处理电路）提供电能，从而完成电能的无线传输。

由于接收线圈和发送线圈存在一定的间隔，也即二者间有较大的气隙，发送线圈和接收线圈的漏感很大，使得发送线圈的无功功率增加，接收线圈的伏安等级降低，降低了电能的传输功率与传输效率。通常通过加入电容进行补偿，即电容与发送线圈或接收线圈线圈组成LC谐振振荡电路，以提高发送线圈和接收线圈的有功功率，当能量发射端和能量接收端均处于谐振状态且二者的谐振频率一致时，装置的传输功率和传输效率达到最大。

但现有的补偿装置大多是采用静态的电容实现对系统的漏感的补偿。由于负荷的多样性及发送端与接收端的耦合面积的变化等因素，使得系统参数发生变化，导致发送端、接收端的谐振频率发生变化，二者的谐振频率经常不一致，造成系统传输功率下降，传输效率变低。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种磁感应式无线电能传输设备中的接收补偿装置，该接收补偿装置能使磁感应式无线电能传输设备的接收端保持在额定频率下谐振，提高接收端的有功功率，进而提高磁感应式无线电能传输设备的传输功率和传输效率。

本实用新型实现其第一发明目的所采用的技术方案是：

多个接收补偿电容并联组成接收电容补偿阵列，且接收电容补偿阵列中的每一个接收补偿电容都分别与对应的接收电子开关串联；接收电容补偿阵列串接在磁感应式无线电能传输设备中接收端的接收线圈与负荷之间；

所述的接收端的接收线圈上安装有接收电流传感器，接收端的负荷两端安装接收电压传感器；接收电容补偿阵列中的每一个接收电子开关的控制端、接收电流传感器的输出端和接收电压传感器的输出端均与接收补偿控制器相连。

本实用新型以上接收补偿装置的工作原理和过程是：

A、初始时,接收补偿控制器根据接收端的接收线圈电感值（X₂），算出初始补偿电容值，控制相应的接收电子开关的开闭，使接入的接收补偿电容的总电容值等于初始补偿电容值，由接入的接收补偿电容与接收线圈构成LC谐振电路；对接收线圈进行初始补偿；

B、接收电流传感器、接收电压传感器将检测出的负荷两端的电压u₂及电流i₂，传送给接收补偿控制器，接收补偿控制器通过傅里叶变换分别求出电压相量值U₂和电流相量值I₂，进而计算得到负荷的阻抗Z₂,

C、如果负荷的阻抗Z₂的虚部Im(Z₂)≠0，则判定负荷是阻容性或阻感性，接收端未在额定频率ω₀下谐振；需要改变当前补偿电容值，新的当前补偿电容值为C₂，ω₀为系统额定角频率；接收补偿控制器控制相应的接收电子开关SJ的闭合状态，使接入的电容的总电容值等于当前补偿电容值C₂，由接入的接收补偿电容与接收线圈及负荷构成LC谐振电路，对接收线圈及负荷(H)进行无功补偿；使接收端重新在额定频率ω₀下谐振；

D、如果负荷的阻抗Z₂的虚部Im(Z₂)=0，则判定负荷是阻性，接收端在额定频率ω₀下谐振；不需要改变当前补偿电容值C₂，接收补偿控制器不改变当前的接收电子开关的开闭状态；

E、重复B、C、D步骤的操作，使接收端保持在额定频率ω₀下谐振。

与现有技术相比，本实用新型的接收补偿装置及其补偿方法的有益效果是：