无线充电定位技术报告 PPT

无线电能传输介绍
无线电能传输介绍
电磁辐射：远距离传输，km级别； 电磁感应：近距离传输，cm级别； 电磁共振：中等距离传输，m级别。 在中小距离场合，电磁感应式WPT 和电磁共振式 WPT 传输 效率相对较高。
WPT充电系统基本结构
（1）原边能量变换装 置，低频电信号转换 成高频，便于能量传 输； （2）非接触变压器， 原、副边的耦合电磁 能量传输； （3）副边能量接收装 置，高频电能整流成 直流电供负载使用。
cos2
ly x2(ly)2z2
P(x,y,z)
θ2
α Bz
I
θ1
线圈
O
l
x
单根有限长直导线垂直方向磁场分布：
B z 1 B 1 c o s B 1x 2 x z 2 4 0 Ix 2 x z 2 (x 2 y y 2 z 2 x 2 ( l l y y ) 2 z 2 )
(
l x
(l x)2 y2 z2
x) x2 y2 z2
Bz3
B3
cos3
0I 4
(l
l x x)2 z2
(
ly
(l x)2 (l y)2 z2
y
)
(l x)2 y2 z2
Bz4
B4
cos4
0I 4
(l
ly y)2 z2
(
x
(l y)2 x2 z2
l x
)
(l y)2 (l x)2 z2
B Z B z 1 B z2 B z 3 B z4
原边 副边
单个定位线圈检测感应电动势
原边
副边
两个定位线圈检测感应电动势
原边 副边
三、四个定位线圈检测感应电 动势
平行错位定位算法 流程图：
平行错位定位算法
开始
基于原边线圈顶点建立坐标系
出现明显感应电动势 定位线圈数量
N
Y
零个定位线圈
移动线圈校正
N
一个定位线圈
Y
比较定位
移动线圈校正
N
两个定位线圈
Y
比较定位
常用导引定位技术
电磁感应式导引： ✓ 可控可靠性高 ✓ 成本较低的优点 ✓ 更加均衡
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
原边线圈感应磁场分布计算
毕奥萨伐定理推导得单根有限长直导线所产生的磁场分布：
B4 0Ir(cos1cos2)
z
y
其中，
r x2 z2
cos1
y x2 y2 z2
CL
原边线圈及电路模型参数设计
设计直流源的输出大小
线圈导线能承受最大电流： Im ' 6S
导线线径d=0.1mm，匝数n=100匝Im'=4.71A
实际流过原边线圈电流的峰值：
Im
4
Vin
(LS)2 RS2
LS=32.1μH，RS=144.0mΩ，Im=1.25A<4.71A，满足要求，得到 Vin=18.0V
副边线圈定位测距算法
角度错位：原、副边中 心正对，仅有角度旋转 错位
平行错位定位算法
利用定位线圈与副边线圈“组合线圈”相配合进行定位与平移校正： 1.划分原边线圈，确定各定位区域 2.检测制作定位参照表 3.实际定位，查表对比
y
原边线圈
O
x
平行错位定位算法
原边
定位线圈
副边
零定位线圈检测出现感应电动势
~
单相 PFC 或 变换 三相 单元
~
非接触变换单元
逆变 网络
原边 * 气 * 副边
补偿
隙
补偿
网络
网络
整流 滤波 网络
非接触变压器
地面
电池 副边
原边 电网
变换器
错位： k: 0.1~0.4
DC/DC 变换 单元
负 载
目录
1
无线电能传输介绍
2
WPT中定位测距技术
3
模型参数设计
4
仿真与实验结果
5
总结与展望
原边线圈感应磁场分布计算
坐标变换，将另外三条边坐标（y，l-x，z）、(l-x，l-y，z)、（ l-y，x，z）带入前述公式得到原边方形线圈空间感应磁场垂直方向
分布：
Bz1
B1 cos1
0I 4
x2
x z2
(
y
x2 y2 z2
ly
)
x2 (l y)2 z2
Bz2
B2 cos2
0I 4
y y2 z2
定位线圈参数设计
Maxwell 3D磁场仿真，确定定位线圈形状—模型建立
环形结构
方形结构
定位线圈形状设计
环形结构磁场3D仿真侧视图与正视图：
环形结构：磁力线在空间分布均匀，能够较好地满足系统对线圈 电磁串扰影响、检测精度等方面的要求。
方形结构磁场模型与3D仿真图：
定位线圈形状设计
方形结构：磁力线在空间分布不均匀，在线圈顶点处磁力线密集，四 周相对稀疏，易造成感应电动势的不稳定，影响系统的检测定位精度。
移动线圈校正
三或四个定位 线圈
结束
角度错位定位算法
利用副边线圈进行定位与旋转校正： 1.检测副边线圈不同错位角度下（00~450）的感应电动势，
制作偏移角度与感应电动势的对应参照表 2.实际定位，并旋转校正直至基本正对
角度错位定位算法 流程图：
角度错位定位算法
开始
检测副边线圈感应电动势
Y
副边线圈感应电动势是否
达到最大值
N
比较参照表定位
旋转校正
结束
目录
1
无线电能传输介绍
2
WPT中定位测距技术
3
模型参数设计
4
仿真与实验结果
5
总结与展望
原边线圈及电路模型参数设计
原边线圈根据实际应用绕制为正方形边长20cm，匝数N0=8匝
原边线圈及电路模型参数设计
正弦交流电发生电路模型设计（设计通过原边线圈高频正弦交流电幅 值Im=1.25A，频率f=80kHz。）
定位线圈参数设计
定位线圈匝数N1=112匝，面积S1=0.2cm2，将原边线圈包围平面 划分为9×9的81个定位小区域。
波形发生器产生一方波信号，频率f0=80kHz，高电平VH=5.0V， VL=0.0V，方波占空比为49%； 信号分两路分别通过缓冲器与半桥驱动后作为控制开关的信号， 直流源变换为后续需要的方波； 通过LC谐振电路变换为高频正弦信号。
波形发生器
同相缓冲器 反相缓冲器
半桥驱 动IC
半桥驱 动IC
原 边 线 圈 L
副边及定位线圈感应电动势计算
定位线圈感应电动势： U1N1S1ddBt N1S1BddIt
副边拾能线圈感应电动势：
U2
d2 dt
线圈待设计参ห้องสมุดไป่ตู้：
匝数N1、N2，面积S1、S2，电流频率f、幅值A，使感应 电动势在0.1V~3V范围内方便实验检测
同时具体参数确定后方便采样进而设计算法
平行错位：仅有距离偏 移，没有角度偏移，四 边分别平行
无线电能传输中的定位测距技术
031320220
目录
1
无线电能传输介绍
2
WPT中定位测距技术
3
模型参数设计
4
仿真与实验结果
5
总结与展望
目录
1
无线电能传输介绍
2
WPT中定位测距技术
3
模型参数设计
4
仿真与实验结果
5
总结与展望
无线电能传输方式: • 电磁辐射（即射频或微波） • 电磁感应 • 电磁共振