[发明专利]基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置，其特征在于：所述切换装置包括由六边形阵列线圈构成的多发射器，七个切换开关及其控制电路，补偿电路；多发射线圈结构是由13个六边形线圈L₁～L₁₃依次串联组成，其中线圈L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₈组成区域Ⅰ，L₄、L₅、L₆、L₇、L₈、L₉、L₁₁组成区域Ⅱ，L₇、L₈、L₉、L₁₀、L₁₁、L₁₂、L₁₃组成区域Ⅲ；切换开关中开关S₁、开关S₂、开关S₃作为主开关，实现L_A、L_B、L_C、L_D四个线圈组之间的接通与关断；其中，L_A由L₁、L₂、L₃构成，L_B由L₄、L₅、L₆构成，L_C由L₇、L₉、L₁₁构成，L_D由L₁₀、L₁₂、L₁₃构成；开关S₄、开关S₅、开关S₆、开关S₇作为辅助开关，实现不同供电区域所需线圈组的接入；对七个开关的组合使用，可以实现单区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与双区域Ⅰ+Ⅱ、Ⅱ+Ⅲ之间五种供电区域的切换；补偿电路采用一个开关的两电容并联形式，以使得系统切换前后的电路均能实现谐振补偿，且能保证电路进行切换时始终有电容工作，电容表达式为：其中C₁为双区域供电区域的补偿电容容量，C₁与C₂之和为单区域供电区域的补偿电容容量，L为一个多匝六边形线圈自感，ω为系统工作频率；控制电路中电流传感器与调理电路相连，调理电路与A/D转换电路相连，A/D转换电路与FPGA控制器相连，FPGA控制器与电平转换电路和驱动电路相连，驱动电路与全桥逆变器的开关器件相连，电平转换电路与继电器阵列相连。

2.一种基于多发射谐振式无线输电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括了切换准则和控制算法，切换准则应用于线圈偏移下最优工作模态的选取，具体表现为，当双区域工作模态的原边电流I_p2小于单区域工作模态的原边电流I_p1的0.7倍时，此时双区域工作的传输效率将大于单区域工作的传输效率，应切换至双区域工作模态，若出现I_p2大于或等于0.7倍I_p1，则切换至单区域工作模态；控制算法，分为单区域检测和双区域检测，包括以下步骤：

步骤一，将多发射线圈分别切换到三种单区域供电模式，并通过电流传感器检测原边电流大小；

步骤二，去掉原边电流最大的一个工作模态，剩余两个单区域工作模态即构成所要切换的双区域工作模态；

步骤三，将多发射线圈切换到所需的双区域供电模式，并检测原边电流大小；

步骤四，将双区域的原边电流与单区域最小原边电流根据切换准则进行判断；

步骤五，输出使得系统处于最优工作模态的继电器开关组控制信号。

3.根据权利要求2所述的基于多发射谐振式无线输电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法中的切换准则，根据如下步骤推导线圈偏移下最优工作模态的判断条件：

步骤一，根据KVL公式构建单区域和双区域的原边电流与副边电流表达式：

步骤二，构建效率与原边电流表达式，并当双区域工作时的效率大于单区域工作时的效率，则有：

步骤三，将原边电流公式及公式代入不等式中，求出双区域效率高于单区域效率的判断表达式：

其中，i＝1，表示单区域；i＝2，表示双区域；L_s其定义为接收线圈自感；M_pi为第i区域工作模式下的发射线圈与接收线圈之间的互感；L_pi是第i区域工作模式下发射线圈的自感；η₁，I_p1分别为单区域效率及原边电流，I_s1、R_p1、R_L分别为单区域副边电流、接收线圈内阻及负载阻值，L_p1为单区域线圈自感，R_RX为副边总电阻，R_p1＝7R，L_p1＝7L，η₂，I_p2分别为双区域效率及原边电流，I_s2、R_p2分别为双区域接收线圈的电流及内阻，L_p2为双区域线圈自感，R_p2＝10R，L_p2＝10L。