[发明专利]基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法

说明书

本发明提出了基于S‑LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法，属于无线电能传输技术领域。所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构、无线电能传输系统发射线圈、无线电能传输系统接收线圈等部件。所述电路结构和参数设计方法能够有效提高无线电能传输系统的效率。

技术领域

本发明涉及基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

无线电能传输作为一种较为理想的电能传输方式，相比于传统的有线电能传输，具有更高的安全性、便捷性，在近年来得到了快速发展。按照传输功率的等级，小到手机、家电和各种移动式机器人，大到电动汽车等均有应用，拥有着广阔的发展前景。无线电能传输系统的传输效率作为一项重要的指标，一直以来都是人们关注的重点。通常来讲，对于无线电能传输系统而言，当系统处在相同的耦合系数变化情况下，系统的效率越高则传输性能越好。

针对无线电能传输系统的拓扑结构而言，串-串结构以其结构简单、技术成熟等诸多优点得到了广泛的应用，同时也是目前在工程领域应用最多的一种拓扑结构。对于串-串结构而言，虽然其结构可靠，适应性强，但当系统电路参数固定时，其效率只由耦合系数来决定，采用串-串结构的无线电能传输系统效率不易进一步提高。

发明内容

本发明为了解决现有无线电能传输系统串—串拓扑结构无法进一步提高无线电能传输系统效率的问题，提出了基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法，具体的：

一种基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构，所采取的技术方案如下：所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构1、无线电能传输系统发射线圈2、无线电能传输系统接收线圈3；所述开关网络机构1的两个电能输出端与所述无线电能传输系统发射线圈2的电能输入端相连；所述无线电能传输系统发射线圈2的耦合端与所述无线电能传输系统接收线圈3耦合感应；所述无线电能传输系统接收线圈3的电能信号输出端设有二次侧LCC补偿网络机构；所述开关网络机构1的两个电能输出端上分别设有电容C_P和电阻R_p。

一种权利要求1所述无线电能传输系统主电路结构的S-LCC拓扑结构的参数设计方法，所采取的技术方案如下：

所述参数设计方法包括如下步骤：

第一步：通过逆变器开关角频率模型，确定所述逆变器的开关角频率，其中，所述逆变器开关角频率模型为：

其中，ω为逆变器工作的开关角频率；L_s为无线电能传输系统接收线圈的自感；C_s表示为与接收线圈组成串联谐振的补偿电容；L_p为无线电能传输系统发射线圈的自感；C_P表示为与发射线圈组成串联谐振的补偿电容；

第二步：通过所述S-LCC拓扑结构的二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系，获得参数λ，所述参数λ的参数模型为：

其中，L₁为补偿电感值，C₁为补偿电容值，参数λ的范围为1＜λ＜λ_max，λ_max为所述参数λ的上限值；

第三步：通过所述参数λ的参数模型获得参数λ与二次侧LCC拓扑结构中的补偿电感L₁和电容C₁之间的关系，其中关系模型为：

第四步：根据所述无线电能传输系统耦合系数k的工作区间确定参数λ的最佳参数值λ_best，所述最佳参数值λ_best为所述无线电能传输系统效率最佳时的参数值；