[发明专利]一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法

权利要求书

1.一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：测量并记录磁耦合机构的接收线圈和发射线圈位置完全对准时的互感值M_a，以互感值M_a作为接收线圈和发射线圈位置完全对准的依据；

步骤2：根据LCL-S补偿的磁耦合充电传输系统的拓扑结构，分别获取等效输入电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和反馈阻抗Z_r的模型；

步骤3：测量原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}、补偿电容两端电压U_{c1_rms}以及原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}与补偿电容两端电压U_{c1_rms}之间的相位差α；利用原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}、补偿电容两端电压U_{c1_rms}以及原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}与补偿电容两端电压U_{c1_rms}之间的相位差α确定系统传输到副边电路的有功功率P₁，所述系统传输到副边电路的有功功率P₁为：

P₁＝I_{1_rms}U_{c1_rms} cosα

步骤4：并利用步骤2获得的等效输入电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和反馈阻抗Z_r的模型对互感值进行在线估计，获得在线估计的互感值为：

其中，ω为系统角频率；I_{1_rms}为原边电路的发射线圈中谐振电流有效值；R_o为等效负载电阻；P₁为系统传输到副边电路的有功功率；R₁为原边线圈内阻；

步骤5：利用磁场仿真软件分析磁耦合机构偏移与互感值之间的关系，得到磁耦合机构的偏移与互感值关系曲线；

步骤6：结合步骤4获得的所述在线估计的互感值和步骤5获得的所述磁耦合机构的偏移与互感值关系曲线，利用扰动观测法控制可移动发射线圈，实现所述磁耦合无线充电传输系统的发射线圈与接收线圈的位置自动对准。

2.根据权利要求1所述自动对准方法，其特征在于，步骤1所述获取等效输入电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和反馈阻抗Z_r的模型的具体过程为：

第一步：根据LCL-S补偿的磁耦合充电传输系统的拓扑结构，确定副边全桥整流/容性滤波电路的等效输入电阻R_e的表达式为：

其中，通过实时采集副边的充电电流I_o和充电电压U_o，计算U_o/I_o可得等效负载电阻R_o；

第二步：根据LCL-S补偿的磁耦合充电传输系统的拓扑结构，确定副边电路的阻抗Z₂表达式为：

其中，R₂为副边线圈内阻，ω为系统角频率，L₂为副边线圈自感和C₂为副边谐振电容；

第三步：根据LCL-S补偿的磁耦合充电传输系统的拓扑结构，确定副边电路的阻抗Z₂映射到原边电路的反馈阻抗Z_r表达式为：

第四步：根据系统工作频率与原边电路和副边电路的谐振频率一致的原则，将反馈阻抗Z_r表达式简化为：

其中，系统工作频率与原边电路和副边电路的谐振频率一致的原则对应的公式关系为ω²L₂C₂＝ω²L₁C₁＝1。

3.根据权利要求1所述自动对准方法，其特征在于，步骤6所述实现所述磁耦合无线充电传输系统的发射线圈与接收线圈的位置自动对准的具体过程为：

第1步：判断M_{est_d}(0)是否等于所述互感值M_a，其中，M_{est_d}(0)表示发射线圈与接收线圈初始位置对应的在线估计互感值；如果M_{est_d}(0)＝M_a，则说明发射线圈与接收线圈的位置对准，自动对准结束；

第2步：如M_{est_d}(0)≠M_a，则启动磁耦合无线充电传输系统中的x和y轴方向移动滑台；

第3步：进行x轴方向移动对准运动，将所述移动滑台沿x轴方向移动，并判断互感值M_{est_d}[(k+1)x]与M_{est_d}[kx]之间的大小关系，如果M_{est_d}[(k+1)x]＜M_{est_d}[kx]，则将所述移动滑台向x轴的相反方向移动；如果M_{est_d}[(k+1)x]＞M_{est_d}[kx]，则将所述移动滑台按照此时向x轴方向进行移动；重复执行此步骤直至M_{est_d}[(k+1)x]＝M_{est_d}[kx]，当M_{est_d}[(k+1)x]＝M_{est_d}[kx]时，x轴方向的自动位置对准完成；其中，M_{est_d}[(k+1)x]表示在x轴方向的第(k+1)次移动后对应的互感值，M_{est_d}[kx]表示在x轴方向的第k次移动后对应的互感值；

第4步：进行y轴方向移动对准运动，将所述移动滑台沿y轴方向移动，并判断互感值M_{est_d}[(k+1)y]与M_{est_d}[ky]之间的大小关系，如果M_{est_d}[(k+1)y]＜M_{est_d}[ky]，则将所述移动滑台向y轴的相反方向移动；如果M_{est_d}[(k+1)x]＞M_{est_d}[kx]，则将所述移动滑台按照此时向y轴方向进行移动；重复执行此步骤直至M_{est_d}[(k+1)y]＝M_{est_d}[ky]，当M_{est_d}[(k+1)y]＝M_{est_d}[ky]时，表明接收线圈和发射线圈的位置完全对准；其中，M_{est_d}[(k+1)y]表示在y轴方向的第(k+1)次移动后对应的互感值，M_{est_d}[ky]表示在y轴方向的第k次移动后对应的互感值。