一种基于LCC-S拓扑的无线电能自调整系统

一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统
技术领域
1.本发明涉及电能传输技术领域，特别涉及一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统。

背景技术：

2.在无线充电领域中，对于系统的抗偏移性的研究主要包括：基于控制的抗偏移技术、基于耦合线圈设计的抗偏移技术等方面。
3.基于控制的抗偏移技术，在无线充电系统中各个模块功率的变化直接影响ipt系统的输出。基于耦合线圈设计的抗偏移技术，从耦合机构设计入手提升抗偏移能力，其关键在于构造均匀磁场，保证耦合强度、感应电压相对恒定。
4.上述技术中，一旦接收线圈发生纵向偏移，耦合距离增加时，接收线圈和发射线圈之间互感减小，耦合系数减小，此时系统的无线电能输出功率会发生变化，无法保持稳定。

技术实现要素：

5.针对现有技术中无线电能输出功率不恒定的技术问题，本发明提出一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，通过将lcc-s拓扑中补偿电感集成在发射线圈内部，从而实现对互感的自动调整，维持输出功率的稳定。
6.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，补偿电感12固定在发射线圈11的内部。
8.优选地，所述lcc-s拓扑包括发射端和接收端，发射端包括发射线圈11和补偿电感12，接收端包括接收线圈21。
9.优选地，所述发射线圈11和接收线圈21相对设置。
10.优选地，所述固定方式包括镶嵌或叠放。
11.优选地，所述补偿电感12的结构为在磁芯的表层缠绕螺旋形线圈。
12.优选地，所述补偿电感12的磁场和发射线圈11的磁场在水平方向同向。
13.优选地，所述发射线圈11和接收线圈21的结构相同，均采用圆形线圈。
14.优选地，所述补偿电感12的体积小于发射线圈11的体积。
15.综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
16.本发明通过将lcc-s拓扑中补偿电感固定在发射线圈中心部位；补偿电感的结构为在磁芯的表层缠绕螺旋形线圈；且补偿电感的磁场与发射线圈的磁场在水平方向同向。
17.当发射线圈和接收线圈的距离发生变化时，补偿电感的自感量随之发生变化，调整系统中电流，进而调整输出功率，与由于耦合系数变化引起的输出功率变化相互抵消，从而维持输出功率的恒定。
18.同时本系统结构减小了体积，提高功率密度。
附图说明：
19.图1为根据本发明示例性实施例的lcc-s拓扑结构示意图。
20.图2为根据本发明示例性实施例的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统示意图。
21.图3为根据本发明示例性实施例无线电能输出功率与原副边线圈距离关系示意
具体实施方式
22.下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.如图1所示，为现有的一种lcc-s拓扑结构，包括发射端和接收端。其中发射端包括交流逆变电压源uin，第一电容器cp，发射端自感lp和发射端内阻rp；接收端包括接收端自感ls，接收端内阻rs，负载电阻ro和第二电容器cs。在此基础上发射端还包括补偿电感器l1和补偿电容器c2；交流逆变电压源uin的一端连接补偿电感器l1的一端，补偿电感器l1的另一端连接补偿电容器c2的一端和第一电容器cp的一端，补偿电容器c2和第一电容器cp并联，第一电容器cp的另一端连接发射端自感lp的一端，发射端自感lp的另一端连接发射端内阻rp的一端，发射端内阻rp的另一端连接补偿电容器c2的另一端和交流逆变电压源uin的另一端；接收端自感ls、接收端内阻rs、负载电阻ro、第二电容器cs依次串联；其中，发射端自感lp和第一电容器cp处于谐振状态，接收端自感ls和第二电容器cs处于谐振状态，发射端自感lp和接收端自感ls之间存在互感m；其中，k为耦合系数，lp为发射端自感lp的电感量，ls为接收端自感ls的电感量。
25.但上述结构中，若接收端自感ls在纵向上发生偏移，例如接收端自感ls与发射端自感lp之间的距离d增大，那么两者之间互感将减小，耦合系数减小，无线电能的输出功率会发生变化，无法保持稳定。
26.因此，如图2所示。本发明提供一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，包括发射端和接收端，发射端和接收端相对设置。发射端包括发射线圈11和补偿电感12，接收端包括接收线圈21。
27.本实施例中，将补偿电感12固定(固定方式包括镶嵌、叠放)在发射线圈11内部(例如中心部位)；这样的好处是可以自调整输出功率，同时减小了系统的体积，提高功率密度。
28.本实施例中，补偿电感12的结构为在磁芯的表层缠绕螺旋形线圈；且补偿电感12的磁场与发射线圈11的磁场在水平方向同向。
29.本实施例中，发射线圈11和接收线圈21的结构相同，均采用圆形线圈；也可以采用方形线圈、长方形线圈。
30.本实施例中，补偿电感12的体积要小于发射线圈11的体积，优选为发射线圈11的体积的1/2。
31.本发明的工作原理为：
32.当发射线圈11和接收线圈21的距离d增大，耦合系数k减小使得互感m减小，而输出功率即输出功率减小。通过设计参数可使得l减小的更慢，从而使得输出功率减小。
33.同时发射线圈11和接收线圈21的距离d增大时，两者间的磁阻会变小，补偿电感12的自感也会减小，回路的电流i
p
＝uin/jwl1，uin表示输入电压，w表示工作频率，l1表示补偿电感12的自感量，j表示虚部。当l1减小时，回路的电流i
p
变大，则输出功率p变大；
34.在接收线圈21发生偏移，和发射线圈11之间距离d增大，输出功率减小；但同时补偿电感12的自感量发生变化，对系统的电流自动进行调整，增大输出功率。即输出功率在补偿电感的自调整下，在一定偏移内实现功率恒定输出。
35.经过仿真实验，发射线圈11和接收线圈21的距离d为60mm，发射线圈11的自感为63.8uh，接收线圈21的自感为63.8uh，补偿电感12的自感为80.1uh，发射线圈11和接收线圈21的互感设计为44uh；发射线圈11和接收线圈21的距离d为65mm，发射线圈11的自感为60.55uh，接收线圈21的自感为60.55uh，补偿电感12的自感为76.9uh，发射线圈11和接收线圈21的互感设计为40.8uh。
36.如图3所示，为无线电能输出功率与原副边线圈(原边线圈可表示为发射线圈11，副边线圈可表示为接收线圈21)距离关系示意图，可以看出在原副边线圈之间距离在60mm-65mm范围内时，输出功率变化幅度较小，实现恒定输出。
37.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

技术特征：

1.一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，补偿电感(12)固定在发射线圈(11)的内部。2.如权利要求1所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述lcc-s拓扑包括发射端和接收端，发射端包括发射线圈(11)和补偿电感(12)，接收端包括接收线圈(21)。3.如权利要求2所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述发射线圈(11)和接收线圈(21)相对设置。4.如权利要求1所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述固定方式包括镶嵌或叠放。5.如权利要求1所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述补偿电感(12)的结构为在磁芯的表层缠绕螺旋形线圈。6.如权利要求1所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述补偿电感(12)的磁场和发射线圈(11)的磁场在水平方向同向。7.如权利要求2所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述发射线圈(11)和接收线圈(21)的结构相同，均采用圆形线圈。8.如权利要求2所述的一种基于lcc-s拓扑的无线电能自调整系统，其特征在于，所述补偿电感(12)的体积小于发射线圈(11)的体积。

技术总结

本发明公开一种基于LCC-S拓扑的无线电能自调整系统，通过将LCC-S拓扑中补偿电感固定在发射线圈中心部位；补偿电感的结构为在磁芯的表层缠绕螺旋形线圈；且补偿电感的磁场与发射线圈的磁场在水平方向同向。当发射线圈和接收线圈的距离发生变化时，补偿电感的自感量随之发生变化，调整系统中电流，进而调整输出功率，与由于耦合系数变化引起的输出功率变化相互抵消，从而维持输出功率的恒定。同时本系统结构减小了体积，提高功率密度。提高功率密度。提高功率密度。