[发明专利]一种三相负载单相无线供电系统及其设计方法

权利要求书

1.一种三相负载单相无线供电系统，其特征在于：该系统包括单相交流电源、整流滤波电路、单相高频逆变电路、原边谐振补偿机构、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构、副边谐振补偿机构、单相/三相矩阵变换器、三相滤波电路及三相负载；

单相交流电源先经整流滤波电路整流成直流电，直流电通过单相高频逆变电路逆变成高频交流电，再经原边谐振补偿机构后变为高频正弦交流电进入原边磁能发射机构，通过电磁感应，副边磁能拾取机构感应出同频率的交流电后，经副边谐振补偿机构、单相/三相矩阵变换器及三相滤波电路滤波后为三相负载提供任意频率的三相交流电，实现单相交流电源到三相负载的无线供电；

所述的系统以原边磁能发射机构和副边磁能拾取机构为界限，两者之间互不接触，实现了电能从原边到副边的无线传输；

所述的单相/三相矩阵变换器将副边磁能拾取机构及副边谐振补偿机构输出的单相高频交流电转变为任意频率三相交流电，实现了单相高频交流电向三相负载供电的功能。

2.根据权利要求1所述的一种三相负载单相无线供电系统，其特征在于：整流滤波电路采用带电容滤波的不控整流电路，单相高频逆变电路是电压型全桥逆变电路，四个功率管采用180°互补导通模式。

3.根据权利要求1所述的一种三相负载单相无线供电系统，其特征在于：原边谐振补偿机构和副边谐振补偿机构分别采用串联电容补偿和并联电容补偿。

4.根据权利要求1所述的一种三相负载单相无线供电系统，其特征在于：原边磁能发射机构和副边磁能拾取机构是由原边磁能发射线圈和副边磁能拾取线圈组成，且两个线圈材料相同。

5.根据权利要求1所述的一种三相负载单相无线供电系统，其特征在于：单相/三相矩阵变换器是由六个双向开关管组成，每个双向开关是由两个IGBT共射极串联组成，且整个逆变器相当于两个传统的三相逆变器反并联构成，该单相/三相矩阵变换器采用SVPWM调制策略。

6.根据权利要求1所述的一种三相负载单相无线供电系统的设计方法，其特征在于：

1)忽略双向开关管的损耗，根据功率守恒定律，单相/三相矩阵变换器及三相滤波电路、三相负载可以等效为单相负载，从而使主电路等效为一个典型的原边串联补偿、副边并联补偿的单相无线供电系统；

2)由算出副边磁能拾取机构电感值L_s，再由算出副边谐振补偿机构电容值C_s，其中R_eq是单相/三相矩阵变换器的单相端等效电阻；ω是系统单相高频逆变电路工作角频率；Q_s是副边谐振补偿因数，Q_s一般取2～10；

3)根据系统设计需要，设原边磁能发射机构电感值L_p为一固定值，则原边谐振补偿机构电容值其中M是原边磁能发射线圈、副边磁能拾取线圈之间的互感值；

4)三相滤波电路采用巴特沃思二阶低通滤波电路，这是因为LC滤波电路的固有频率是由LC同时决定的，而巴特沃思滤波电路是一种具有最大平坦响应的滤波电路。