[发明专利]导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制结构及方法

说明书

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制结构及方法，能量发射端采用多段导轨式无线能量发射线圈结构，多个无线能量发射线圈沿长度方向依次水平排列放置，且电流方向为同相位设置；在每一个无线能量发射线圈内部均设置有辅助线圈，该辅助线圈的电流方向与对应一个无线能量发射线圈的电流方向也为同相位设置，且辅助线圈与无线能量发射线圈之间的耦合效果与相邻两段无线能量发射线圈的耦合效果相反。其效果是：在每级发射线圈内部串入补偿线圈，通过引入额外的磁场耦合来抵消由于发射线圈距离太近引起的相互耦合，从而消除交叉耦合，提升系统性能，其方法同样还可以适用于静态无线充电系统中。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制结构及方法。

背景技术

无线充电技术具有灵活、可靠、安全等优点。在无人机、家电及电动汽车等领域应用越来越广泛。在多级导轨式动态无线充电应用场合中，如电动汽车、AGV、巡检机器人的无线充电系统，多级发射导轨之间由于相距较近，往往存在交叉耦合。交叉耦合的存在不仅使系统分析复杂化，还使得系统耦合效率降低、频率稳定性变差。

然而，现有技术中，研究多级发射导轨间交叉解耦的方法还相对较少。

发明内容

针对多级导轨式动态无线电能传输系统存在的交叉耦合问题，本发明提出一种在每级发射线圈内部串入补偿线圈的方式，通过引入额外的磁场耦合来抵消由于发射线圈距离太近引起的相互耦合，从而消除交叉耦合，提升系统性能。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制结构，具体技术方案如下：

一种导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制结构，其关键在于：能量发射端采用多段导轨式无线能量发射线圈结构，多个无线能量发射线圈沿长度方向依次水平排列放置，且电流方向为同相位设置；

在每一个无线能量发射线圈内部均设置有辅助线圈，该辅助线圈的电流方向与对应一个无线能量发射线圈的电流方向也为同相位设置，且辅助线圈与无线能量发射线圈之间的耦合效果与相邻两段无线能量发射线圈的耦合效果相反。

可选地，每一段无线能量发射线圈绕制成矩形线圈结构，每一个所述辅助线圈位于对应的一段无线能量发射线圈的中部。

可选地，每一个所述辅助线圈与对应一段无线能量发射线圈串联。

可选地，每一个所述辅助线圈与对应一段无线能量发射线圈处于同一平面，二者之间预留有线圈空白区域。

可选地，每一段导轨式无线能量发射线圈结构相同，相邻两段导轨式无线能量发射线圈的间距相同。

可选地，每一个所述辅助线圈与对应一段无线能量发射线圈采用同一根利兹线在同一平面上绕制而成。

基于上述结构，本发明还提出一种导轨式无线电能传输系统中的交叉耦合抑制方法，通过在每一段无线能量发射线圈的中间串入辅助线圈来抑制相邻两段能量发射线圈之间的耦合影响。具体按以下步骤进行：

S1：根据应用场景设定好无线能量发射线圈的尺寸和匝数以及相邻两段无线能量发射线圈之间的间距，通过仿真计算相邻两段无线能量发射线圈之间互感；

S2：根据无线能量发射线圈的宽度选取辅助线圈的初始尺寸；

S3：根据应用场景设定解耦范围；

S4：仿真计算发射线圈与辅助线圈的互感是否达到预设的解耦范围，如果未达到，则通过依次增加辅助线圈的匝数来改变互感值；如果达到，则根据最终尺寸和匝数确定辅助线圈的参数；

S5：根据步骤S1设定的无线能量发射线圈的尺寸和匝数以及步骤S4确定的辅助线圈的尺寸和匝数绕制每一段导轨式无线能量发射线圈结构。