CN115296446B 基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转wpt系统及其控制方法 （重庆理工大学）

基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系本发明涉及无线电能传输(WPT)技术领域，具体公开了一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统及其控制方法，该系统的发射机获的位置信息用于接收BP线圈的结构变换以及2所述发射机构包括顺序叠置的发射端磁芯、DQDD线圈，所述DQDD线圈由表线圈Lp1和里层的第二DD线圈Lp2正交叠置而成；所述第一DD线圈Lp1和所述第二DD线圈Lp2均所述接收机构包括顺序叠置的双极性线圈LS和接收端磁芯；所述双极性线圈LS由两个所述接收机构还包括连接所述双极性线圈LS的继电器电路，所述继电器电路用于控制所述双极性线圈LS的工作模式为所述第一CP线圈和所述第二CP线圈同时工作的双极性工所述高频逆变电路包括并联连接所述直流电源的第一逆变器和第二逆变接在所述第二逆变器与所述第二DD线圈Lp2之间的所述第一逆变器与所述第二逆变器用于控制所述DQDD线圈的工作模式为仅激励所述2.根据权利要求1所述的基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统，其特征在于，第二CP线圈的总长度lCP和总宽度WCP＝a+WWD，所述发射机构与所述接收机构之间的传输间原副边耦合系数的要求和实际需求确定最优的所述第一原边补偿网络和所述第二原边补偿网络均采用LCC补偿网络，所述第一原边补偿网络包括第一原边串联补偿电感Lpf1、第一原边串联补偿电容Cp1和第一原边并联补偿4.根据权利要求3所述的基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统，其特征在于，3所述第一原边补偿网络、所述第二原边补偿网络和所述副边补偿电路的各个参数值设置S1、控制所述双极性线圈LS处于双极性工作模式，S5、根据所述接收机构的偏移距离和偏转角度，确定所在所述步骤S3中，所述第一原副边耦合系数所述第二原副边耦合系数分别为定义的自感Lp1、pf1pf2S的品质因数。机构与所述接收机构之间无角度偏转时同等条件下激励所述第一DD线圈Lp1时的原副边耦合系数和激励所述第二DD线圈Lp2时的原副41与Δk2之和是否小于等于第一误差阈值ε1，若是则认为所述发射机构与发射机构与所述接收机构之间存在45o的角度偏转时同等条件下激励所述第一DD线圈Lp1时的原副边耦合系数和激励所述第二DD线圈Lp2时的原副第一原副边耦合系数k*p1s、所述第二原副边耦合系数k*p2s的具体大小所对应的所述接收机S46、在提前标定的45o角度偏转时偏移距离与原述第一原副边耦合系数k*p1s、所述第二原副边耦合系数k*p2s的具体大小所对应的所述接收范围则控制所述DQDD线圈工作于DD线圈工作模式且所述双极性线圈LS工作于单极性工作9.根据权利要求7所述的基于双极性耦合机构的高抗偏S51、控制所述DQDD线圈工作于DQDD线圈工作模式且所述第一逆变器与所述第二逆变*o1是否大于V*o2，若是则判断出所述接所述双极性线圈LS工作于单极性工作模式，若处于第四预设范围则控制双极性线圈LS工作5[0001]本发明涉及无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)技术领域，尤其涉及一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统及一种基于双极性耦合机构的高抗偏移[0002]采用无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)方式的电动汽车充电系统无的抗偏移性能，同时提升接收机构拾取功率的稳定性是电动汽车静态WPT系统亟待解决的[0004]在耦合线圈绕制方面，螺旋管(Solenoid将导致耦合系数为零的功率拾取盲点；为克服DD线圈横向偏移存在拾取盲点的不足，DDQ(Double_DQuadrature,DD)线圈在DD线圈的中心位置上绕制正交解耦Q线圈。基于DDQ线圈6[0007]本发明提供了一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统及其控制方法，一DD线圈Lp1和里层的第二DD线圈Lp2正交叠置而成；所述第一DD线圈Lp1和所述第二DD线圈[0010]所述接收机构包括顺序叠置的双极性线圈LS和接收端磁控制所述双极性线圈LS的工作模式为所述第一CP线圈和所述第二CP线圈同时工作的双极和连接在所述第二逆变器与所述第二DD线圈Lp2之间[0013]所述第一逆变器与所述第二逆变器用于控制所述DQDD线圈的工作模式为仅激励所述第一DD线圈Lp1的DD线圈工作模式或以相同幅值、相位相差β的电流激励所述第一DD线圈Lp1和所述第二DD线圈Lp2的DQDD线即所述第二CP线圈的总长度lCP和总宽度WCP＝a+WWD，所述发射机构与所述接收机构之间的传输间距lAG，所述D型线圈也即所述第一CP线圈也即所述第二CP线圈的线径TW和绕制匝数7合对原副边耦合系数的要求和实际需求确定最优的lF述第一原边补偿网络包括第一原边串联补偿电感Lpf1、第一原边串联补偿电容Cp1和第一原联补偿电容Cp2和第二原边并联补偿电容C[0024]本发明还提供一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统的控制方法，针8原副边耦合系数分别述发射机构与所述接收机构之间无角度偏转时同等条件下激励所述第一DD线圈Lp1时的原副边耦合系数和激励所述第二DD线圈Lp2时的原Lp1时的原副边耦合系数和激励所述第二DD线圈Lp2时的原副所述第一原副边耦合系数k*p1s、所述第二原副边耦合系数k*p2s的具体大小所对应的所述接出所述第一原副边耦合系数k*p1s、所述第二原副边耦合系数k*p2s的具体大小所对应的所述DD线圈工作模式且所述双极性线圈LS工作于双极[0041]S51、控制所述DQDD线圈工作于DQDD线圈工作模式且所述第一逆变器与所述第二控制所述双极性线圈LS工作于单极性工作模式，若处于第四预设范围则控制双极性线圈LS9[0046]本发明提供的一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统，其发射机构采[0047]另外，本系统还提出了一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统的控制[0048]图1是本发明实施例提供的基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统的电路[0055]图8是本发明实施例提供的窗口宽度对自感、互感和原副边耦合系数的影响规律[0059]图12是本发明实施例提供的基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统的控制[0061]图14是本发明实施例提供的不同位置偏移及角度偏转下耦合系数的测量误差展[0063]下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给同、绕向相反的第一CP线圈(也称之为CP线圈1)和第二CP线圈(也称之为CP线圈2)交叠组与第一DD线圈Lp1之间的第一原边补偿网络，和连接在第二逆变器与第二DD线圈Lp2之间的第一原边补偿网络包括第一原边串联补偿电感Lpf1、第一原边串联补偿电容Cp1和第一原边[0080]通过ANSYSMaxwell建立DQDD线圈的有限元仿真模型，得到三种激励模式下发射机构上方区域的磁场分布如图4的(b)、(c)和图5所示，可见其合成磁场的分布与式(4)一[0083]耦合系数是评判WPT系统耦合机构抗偏移偏转性能的关键参数之一，对于由两组构中两组DD线圈的激励电流Ipi的幅值仅取决于逆变器输出电压的幅值和电感Lpfi，与负载数曲线先急剧上升而后小幅度下降，当磁芯长度lF归一化后的数值为76.9耦合系数达归一化后的数值为9.2耦合系数达到最大为[0110]A2、根据实际需求确定间距WWD以及方形磁芯的边长lF、厚度TF的优化范围(如表[0114]图10的(a)_(d)给出了图10的(a1)_(d1)中发射端激励磁场与接收端拾取结构的eff变化规律不难看出，在接收机构存在较大角[0116]发射机构的激励方式以及接收机构的线圈结构变换取决p1sp2sp1sp2sp1sp2sp1sp2s[0130]结合耦合磁场的调控策略及发收机构位置检测，给出了双极性耦合磁场调控流机构与接收机构之间无角度偏转时同等条件下激励第一DD线圈Lp1时的原副边耦合系数和偏转时同等条件下激励第一DD线圈Lp1时的原副边耦合系数和激励第二DD线圈Lp2时的原副[0131]基于上述分析，本实施例还提供一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系U2端输出电压Vo2计算该位置下此时激励第二DD线圈Lp2时的第二原副边耦合系p2sp1sp2so1o2*p1s*p2sp2sp1sp2s式且双极性线圈LS工作于单极性工作模式，若处于第二预设范围(如图10的(a1)中DD1_BP作于DD线圈模式且双极性线圈Ls工作于[0147]S51、控制DQDD线圈工作于DQDD线圈工作模式且第一逆变器与第二逆变器的激励机构的偏移距离处于第五预设范围还是第六预设范围，若处于第五预设范围(如图10的于第六预设范围(如图10的(d1)中DQDD_BP所对应的X/、Y/的范围)则控制双极性线圈LS工[0152]定义衡量耦合机构抗偏移能力的指标为耦合系数衰减率(CouplingCoefficient的CCAR就已增大到50这表明所提磁耦合机构比CP线圈具有更高的抗偏移性且偏移程度发射机构和接收机构的线圈绕组均由直径0.2mm×300股的利兹线绕制而成；磁芯材料为绕制的单个DD线圈的内阻为0.26Ω,且两层DD线圈间的互感为0.3μH，相比于其自感可忽±273mm)作为边界，给出了不同位置偏移及角度偏转下双能道的耦合系数测量值和误差，效耦合系数的最大相对误差为8.06最小相对误差为0.54平均相对误差为3.49图p1sp2sp1sp2sk*p1s均小于5这表明所采用的定位方的(a1)(a5)给出了五种位置下系统在单路逆变工作以及两路逆变工作时输出的电压和电p1p2的实测有效值与对应仿真值的误差百分比在37％范围内，验证了所推导LCC[0170]综上，本发明实施例提出了一种基于双极性耦合机构的高抗偏移偏转WPT系统及