[发明专利]基于位置检测线圈的分段切换式动态无线供电系统

权利要求书

1.基于位置检测线圈的分段切换式动态无线供电系统，其特征在于，包括发射端和接收端，所述发射端包括发射线圈，所述发射线圈在地面上设置有多个形成发射线圈阵列，所述发射线圈的上方设置有可沿发射线圈阵列移动的接收线圈，每个发射线圈外围均设置有一个检测线圈，所述检测线圈围绕发射线圈中心绕制，检测线圈与发射线圈长度相同。

2.根据权利要求1所述的基于位置检测线圈的分段切换式动态无线供电系统，其特征在于，所述发射端包括分段切换开关S_i、电感L_1i、电容C_1i、电容C_Ti和解耦电容C_Mi，解耦电容C_Mi用于抵消发射线圈T_i和检测线圈DT_i之间的互感M_TDi使两线圈解耦，解耦电容C_Mi的电容值大小如下：

其中，f为系统谐振频率，M_TDi为发射线圈T_i与检测线圈DT_i之间的互感，M_RDi为检测线圈DT_i与接收线圈R₁之间的互感，M_TRi为发射线圈T_i与接收线圈R₁之间的互感，检测线圈输出电压U_Ci经过后级DC/DC模块稳压后输出U_Bi驱动分段切换开关S_i和S_(i+1)；

所述接收端包括补偿电容C_R、二极管D₁、D₂、D₃和D₄、电容C_L和负载R_L，接收线圈自感为L_R。

3.根据权利要求2所述的基于位置检测线圈的分段切换式动态无线供电系统，其特征在于，利用基波分析法和基尔霍夫电压定律，系统描述为如下等式：

式(2)中阻抗矩阵每个阻抗变量的具体表达式如下，

Z₁₁＝jωL_1i+1/jωC_1i,Z₁₂＝-1/jωC_1i,Z₁₃＝0,Z₁₄＝0

Z₂₁＝1/jωC_1i,Z₂₂＝-1/jωC_1i-jωL_Ti-1/jωC_Ti

Z₂₃＝jωM_TDi+1/jωC_Mi,Z₂₄＝jωM_TRi

Z₃₁＝0,Z₃₂＝jωM_TDi+1/jωC_Mi

Z₃₃＝-1/jωC_1i-jωL_DTi-R_Deqi,Z₃₄＝-jωM_RDi

Z₄₁＝0,Z₄₂＝jωM_TRi,Z₄₃＝-jωM_RDi

Z₄₄＝-1/jωC_R-jωL_R-R_Leq (3)

规定系统的谐振角频率为ω，其定义如下，

将等式(3)和等式(4)代入等式(2)中，得到接收线圈电流的表达式，

在实际系统中，检测线圈的后级电路等效电阻R_Deqi远大于负载的等效电阻R_Leq，故对式(5)进行简化，具体简化过程如下：

式(6)中变量B、C、D、E、F、G和H的具体表达式如下：

将系统各参数的实际值带入式(7)中，得到变量C在数值上远大于变量B和D，变量G在数值上远大于变量E、F和H，故接收线圈的电流的表达式简化为下式：

检测线圈的感应电压与检测线圈感应电压整流后的输出电压U_Ci的表达式如下所示：

式(9)中U_Di和I_R分别是是和的有效值。