[发明专利]一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及调谐方法

说明书

本发明公开了一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及调谐方法，涉及无线电能传输技术领域，通过原边带有相位检测装置PD、BUCK电路、控制单元CU和整流桥的动态调谐装置根据检测到的相位差状态判断谐振状态并通过调节BUCK电路的等效输出电阻来实时调谐，能使原边保持在电压和电流相位差最小的状态下运行，即原边电路更接近完全谐振状态，以提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，特别涉及一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及调谐方法。

背景技术

无线电能传输技术的研究最早开始于20世纪70年代初，近几年迅速成为各大研究机构竞相追逐的热点，引起了众多国内外学者和工业界的密切关注。最初该为技术主要用于人体内植式医疗电子装置，如为人工心脏起搏器提供无接触电能供应，随后相继有科学家将无线电能传输技术用于电动车辆非接触供电，轨道交通无线供电系统等中取得了一定的突破，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并传递给负载，从而实现电能的无线传输。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。为了保证能量传输的功率和效率，要求发送端和接收端固有谐振频率一致。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，减小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，现有发送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发送端线圈漏感的调谐，但由于无线电能传输系统运行工况和外界环境的变化等因素，发送端和接收端的线圈的感抗和电路阻抗会发生变化，这个变化量难以实时测量，使得无线电能传输系统参数发生变化，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，影响系统电能有效传输，降低系统的供电能力；还有在发送端并联附加相控电感电路，应用动态调谐方式实时调节发送端的等效固有谐振频率来保证工作谐振频率的稳定性，但它也存在局限性，只能在确定了负载的变化范围后才能设计出使系统频率保持稳定的调谐电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及调谐方法，能使原边保持在电压和电流相位差最小的状态下运行，即原边电路更接近完全谐振状态，以提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置，包括原边和副边，交流电源接在原边的输入端通过原边整流桥Z0接入逆变器N，其特征在于：逆变器N和原边线圈L_P之间依次连接有电压传感器VR、电流传感器IR、调谐装置和静态补偿电容C_P，所述调谐装置包括并联的整流桥Z1和电容C_t，整流桥Z1的输出端接有BUCK电路，BUCK电路的输出端相连有电阻R，电压传感器VR和电流传感器IR的输出端与相位检测装置PD相连，相位检测装置PD输出端与控制单元CU的输入端连接，控制单元CU输出BUCK电路驱动信号。

所述整流桥Z0和整流桥Z1均为全桥。

所述相位检测装置PD可以采用现有的相位测试仪实现。