[发明专利]基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法

说明书

本发明属于无线电能传输领域，涉及一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，包括：高频逆变电路、原边补偿网络、原边DD线圈、副边DD线圈、副边补偿网络和整流电路；高频逆变电路的输入端连接交流激励电压源，高频逆变电路的输出端连接原边补偿网络；原边补偿网络连接原边DD线圈，原边DD线圈与副边DD线圈耦合，副边DD线圈连接副边补偿网络，副边补偿网络和整流电路与负载连接。其通过将常规DD线圈的导线进行分组排列，在收发线圈发生相对偏移的情况下，保证了接收平面磁场的均匀特性，提升了整体系统的偏移容忍度，且设计方案简单，具有好的拓展性。

技术领域

本发明涉及一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，属于无线电能传输领域。

背景技术

随着用电场景的多元化和智能仪器的快速发展，传统的有线电能传输方式存在线路老化和接触起火的风险，在高温高压等恶劣环境中存在安全隐患。而无线电能传输的发射端与接收端之间不存在电气接触，相比有线电能传输更加灵活、稳定、安全，在近年来得到了迅猛的发展。

在静态无线电能传输过程中，收发线圈间的相对偏移会增加系统的损耗、降低系统的传输效率，从而影响系统的传输稳定性。发射侧耦合线圈结构会影响整体充电区域的磁场分布，在接收平面产生均匀纵向磁场可以保证收发线圈间互感的相对稳定，限制耦合结构周围的磁感应强度能够减少充电过程中的安全隐患。因此，在双线圈耦合结构的基础上，如何有效设计发射线圈的形状、匝数以及匝间距，使得接收平面产生均匀纵向磁场，对保证系统的高偏移容忍度具有重要意义。

现有技术中通过合理设计线圈的匝数以及匝间距可以有效控制空间磁场的分布，保证接收线圈磁通量的相对恒定。基于这种特性，Zhang,Y.等(Zhang,Y.；Wang,L.；GuoY.Optimization of Planar Rectangular Coil Achieving Uniform Magnetic FieldDistribution for EV Wireless Charging Based on Genetic Algorithm.IET PowerElectronics,2019,12(10):2706-2712)基于遗传算法对矩形线圈的尺寸、匝间距、匝数、充电区域及传输距离进行分组优化，实现抗偏移的特性。该方案研究对象仅限于矩形线圈，拓展至其他线圈则会大大增加复杂度。Liu,X.等(Liu,X.；Hui,S.Optimal Design of aHybrid Winding Structure for Planar Contactless Battery ChargingPlatform.IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS PE,2008,23(1):455-463.)提出了一种将平面圆形线圈与螺旋线圈相结合的复合线圈结构，通过补偿平面线圈的凹型磁场以及螺旋线圈的凸型磁场，优化了接收平面磁场的均匀特性。该方案利用两组激励电路来分别控制两种线圈，提升了系统的控制复杂度。

此外，也有研究通过增加线圈个数，提升接收平面纵向磁场分布的均匀程度。但这类方案都需要牺牲发射线圈的有效传输距离，由多组激励电路控制的发射线圈阵列还需要有效的实时电路控制方案，增加了系统的复杂程度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置和参数设定方法，其通过将常规DD线圈的导线进行分组排列，在收发线圈发生相对偏移的情况下，保证了接收平面磁场的均匀特性，提升了整体系统的偏移容忍度，且设计方案简单，具有好的拓展性。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种基于组合型DD线圈的无线充电耦合装置，包括：高频逆变电路、原边补偿网络、原边DD线圈、副边DD线圈、副边补偿网络和整流电路；高频逆变电路的输入端连接交流激励电压源，高频逆变电路的输出端连接原边补偿网络；原边补偿网络连接原边DD线圈，原边DD线圈与副边DD线圈耦合，副边DD线圈连接副边补偿网络，副边补偿网络和整流电路与负载连接。