一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统

本发明涉及无线充电，尤其涉及一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统。

背景技术：

1、随着无线电能传输(wireless power transfer，wpt)技术的大量普及，人们对电动汽车等高功率无线充电的需求正日益上升，但由于传统大功率wpt系统的传输功率因其半导体元件功率等级和传统的wpt系统磁耦合器功率传输等级低以及车辆安装空间受限等原因而受到限制，因此大功率wpt系统设计的实现仍然是一个挑战。

2、但是此前，大多数研究人员主要关注于效率提升技术和控制策略等方向。然而，与低功耗便携式消费电子产品相比，实际应用中的快速充电，如电动巴士、电动铁路列车需要达到更高的功率等级。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、本发明的目的是为了解决现有技术中传统大功率wpt系统存在的半导体元件功率等级和传统的wpt系统磁耦合器功率传输等级低以及车辆安装空间受限的问题，而提出的一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统。

3、2.技术方案

4、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

5、一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统，包括输入直流电源udc、高频逆变器h1、高频逆变器h2、高频逆变器h3、整流器d1、整流器d2、整流器d3、第一级发射侧补偿电容ca1、第二级发射侧补偿电容ca2、第三级发射侧补偿电容ca3、第一级接收侧补偿电容cb1、第二级接收侧补偿电容cb2、第三级接收侧补偿电容cb3、第一级发射线圈la1、第二级发射线圈la2、第三级发射线圈la3、第一级接收线圈lb1、第二级接收线圈lb2、第三级接收线圈lb3、滤波电容cf、电池负载rb，所述高频逆变器h1输出的一端串联接入第一级发射侧补偿电容ca1的一端，所述第一级发射侧补偿电容ca1的另一端接第一级发射线圈la1的一端，所述第一级发射线圈la1的另一端接高频逆变器h1输出的另一端，构成恒流充电第一级发射回路；

6、所述第一级接收线圈lb1的一端接第一级接收侧补偿电容cb1的一端，所述第一级接收侧补偿电容cb1的另一端接整流器d1输入的一端，所述第一级接收线圈lb1的另一端接整流器d1输入的另一端，构成恒流充电第一级接收回路；

7、所述高频逆变器h2输出的一端串联接入第二级发射侧补偿电容ca2的一端，所述第二级发射侧补偿电容ca2的另一端接第二级发射线圈la2的一端，所述第二级发射线圈la2的另一端接高频逆变器h2输出的另一端，构成恒流充电第二级发射回路；

8、所述第二级接收线圈lb2的一端接第二级接收侧补偿电容cb2的一端，所述第二级接收侧补偿电容cb2的另一端接整流器d2输入的一端，所述第二级接收线圈lb2的另一端接整流器d2输入的另一端，构成恒流充电第二级接收回路；

9、所述高频逆变器h3输出的一端串联接入第三级发射侧补偿电容ca3的一端，所述第三级发射侧补偿电容ca3的另一端接第三级发射线圈la3的一端，所述第三级发射线圈la3的另一端接高频逆变器h3输出的另一端，构成恒流充电第三级发射回路；

10、所述第三级接收线圈lb3的一端接第三级接收侧补偿电容cb3的一端，所述第三级接收侧补偿电容cb3的另一端接整流器d3输入的一端，所述第三级接收线圈lb3的另一端接整流器d3输入的另一端，构成恒流充电第三级接收回路。

11、优选地，所述高频逆变器h1、h2、h3共享一个输入直流电源udc，高频逆变器h1、h2、h3以相同的工作频率向相应的发射侧拓扑网络提供高频电能。

12、优选地，所述整流器d1、整流器d2、整流器d3并联后的输出端连接滤波电容cf，所述滤波电容cf的两端连接电池负载rb。

13、本发明中还提出了双边解耦磁耦合器，所述双边解耦磁耦合器由一对同轴正对放置的发射侧线盘和接收侧线盘构成；

14、所述发射侧线盘结构由第一级发射侧螺旋线圈la1，第二级发射侧螺旋线圈la2，第三级发射侧q线圈la3和铁氧体a1构成；

15、所述接收侧线盘结构由第一级接收侧螺旋线圈lb1，第二级接收侧螺旋线圈lb2，第三级接收侧q线圈lb3和铁氧体a2构成，所述第一级接收侧螺旋线圈lb1与第二级接收侧螺旋线圈lb2互相垂直缠绕在铁氧体a2上，所述第三级接收侧q线圈lb3水平叠放在第二级接收侧螺旋线圈lb2下方，三个线圈依次同轴对称叠放。

16、所述第一级发射侧螺旋线圈la1与第二级发射侧螺旋线圈la2互相垂直缠绕在铁氧体a1上，所述第三级发射侧q线圈la3水平叠放在第二级发射侧螺旋线圈la2上方，三个线圈依次同轴对称叠放。

17、优选地，所述发射侧线盘三个线圈之间均无磁耦合干扰；接收侧线盘三个线圈之间均无磁耦合干扰；发射侧线盘和接收侧线盘之间形成三条无磁耦合干扰的能量输送通道。

18、3.有益效果

19、相比于现有技术，本发明的优点在于：

20、(1)本发明中，基于新型双边解耦磁耦合器的大功率三通道无线充电系统等同于三个ss补偿的无线充电系统以输出并联方式连接于负载，其中引入三个并联的逆变器和三个并联的整流器可极大程度提升系统功率等级。

21、(2)本发明中，相比传统的无线充电系统磁耦合器，结构简单、功率传输等级高、有多条功率传输通道，且多条功率传输通道之间不存在磁耦合干扰的问题，降低了系统参数设计复杂度，极大程度节省了磁耦合器的使用空间。

技术特征：

1.一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统，包括输入直流电源udc、高频逆变器h1、高频逆变器h2、高频逆变器h3、整流器d1、整流器d2、整流器d3、第一级发射侧补偿电容ca1、第二级发射侧补偿电容ca2、第三级发射侧补偿电容ca3、第一级接收侧补偿电容cb1、第二级接收侧补偿电容cb2、第三级接收侧补偿电容cb3、第一级发射线圈la1、第二级发射线圈la2、第三级发射线圈la3、第一级接收线圈lb1、第二级接收线圈lb2、第三级接收线圈lb3、滤波电容cf、电池负载rb，其特征在于，所述高频逆变器h1输出的一端串联接入第一级发射侧补偿电容ca1的一端，所述第一级发射侧补偿电容ca1的另一端接第一级发射线圈la1的一端，所述第一级发射线圈la1的另一端接高频逆变器h1输出的另一端，构成恒流充电第一级发射回路；

2.根据权利要求1所述的一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统，其特征在于，所述高频逆变器h1、h2、h3共享一个输入直流电源udc，高频逆变器h1、h2、h3以相同的工作频率向相应的发射侧拓扑网络提供高频电能。

3.根据权利要求1所述的一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统，其特征在于，所述整流器d1、整流器d2、整流器d3并联后的输出端连接滤波电容cf，所述滤波电容cf的两端连接电池负载rb。

4.根据权利要求1-3任一所述的双边解耦磁耦合器，其特征在于，所述双边解耦磁耦合器由一对同轴正对放置的发射侧线盘和接收侧线盘构成；

5.根据权利要求4所述的双边解耦磁耦合器，其特征在于，所述第一级发射侧螺旋线圈la1与第二级发射侧螺旋线圈la2互相垂直缠绕在铁氧体a1上，所述第三级发射侧q线圈la3水平叠放在第二级发射侧螺旋线圈la2上方，三个线圈依次同轴对称叠放。

6.根据权利要求4所述的双边解耦磁耦合器，其特征在于，所述发射侧线盘三个线圈之间均无磁耦合干扰；接收侧线盘三个线圈之间均无磁耦合干扰；发射侧线盘和接收侧线盘之间形成三条无磁耦合干扰的能量输送通道。

技术总结
本发明公开了一种基于双边解耦磁耦合器的三通道无线充电系统，所述双边解耦磁耦合器由一对同轴正对放置的发射侧线盘和接收侧线盘构成；所述接收侧线盘和发射侧线盘均由两个正交缠绕的螺旋线圈和一个Q线圈同轴叠放构成，其中发射侧的两个螺旋线圈互相垂直缠绕在铁氧体上，发射侧Q线圈水平叠放在发射侧螺旋线圈上方；接收侧的两个螺旋线圈互相垂直缠绕在铁氧体上，接收侧Q线圈水平叠放在接收侧螺旋线圈下方；发射侧中的两个正交缠绕的螺旋线圈和Q线圈三者之间没有耦合干扰，接收侧中的两个正交缠绕的螺旋线圈和Q线圈三者之间没有耦合干扰，不仅形成三条无磁耦合干扰的功率传输通道，并且节省了磁耦合器的占用空间。

技术研发人员：周学斌,刘霜艳,谭永宏,包本刚,梁晓琳,陈爱武,何红松,杨林
受保护的技术使用者：湖南科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16