[發明專利]一種磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的優化設計方法

有效

• 申請號: 201410069142.3
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103986243A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 張藝明;趙爭鳴;陳凱楠;賀凡波
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸系統的優化設計方法，尤其涉及一種磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的優化設計方法。?

背景技術

自從人類社會進入了電氣化時代以來，電能的傳輸主要通過金屬導線的點對點直接接觸傳輸。但由于導線存在摩擦、老化等問題，電能傳輸過程中很容易產生火花，進而影響到用電設備的壽命和用電安全。同時，在一些特殊應用場合，如礦井和水中等，導線直接接觸傳輸容易發生危險。此外，植入體內的醫療設備的長期供電也存在不便。無線電能傳輸(wireless?power?transfer，WPT)能夠解決以上問題。?

采用電磁場作為傳輸媒介可以實現無線電能傳輸。根據原理的不同，無線電能傳輸大致可以分為三類：第一種是感應式，這種方式傳輸功率大，但傳輸的距離較近；第二種是輻射式，這種方式定向性好，傳輸距離遠，但是對周圍電磁環境影響大；第三種是諧振式，這是一種新興的無線電能傳輸方式，又稱磁耦合諧振式無線電能傳輸技術。該方式能夠以較大的功率，在較高的效率下傳輸較遠的距離。相比于感應式，其傳輸距離較遠，且對于方向指向性較不敏感；相比于輻射式，其對周圍電磁環境的影響較小。?

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術，自從美國麻省理工學院于2007年發表在《科學》雜志上后，就得到了持續的關注。現有的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統通常分為兩線圈結構和四線圈結構。但由于提出時間短，研究還不夠充分、目前系統性的分析和設計方法并未被完整地提出，諧振頻率，電感值和電容值等參數并沒有一套成型的理論進行選擇設計。因此，如何設計磁耦合諧振式無線電能傳輸系統成為目前需要解決的課題。?

發明內容

因此，確有必要提供一種既簡單又容易實現的磁耦合諧振式無線電能傳?輸系統的優化設計方法。?

一種磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的優化設計方法，該方法包括以下步驟：?

S10，搭建一磁耦合諧振式無線電能傳輸系統模型；?

S11，建立所述磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的等效電路；?

S12，引入并計算電源匹配因數S_M-2C和S_M-4C、負載匹配因數L_M-2C和L_M-4C、傳輸品質因數T_Q和頻率偏移因數F_D；?

S13，推導接收線圈反射到發射線圈的反射阻抗Z₃₂；?

S14，對該反射阻抗Z₃₂進行標幺化得到標幺化的反射阻抗；?

S15，通過該標幺化的反射阻抗分析該磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的傳輸特性，并將該傳輸特性與一目標值進行對比，如果達到目標值，則結束，如果沒有達到目標值，則進入步驟S16；?

S16，根據步驟S15的分析結果調整該磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的參數；以及?

S17，重復上述步驟S12至步驟S16直到傳輸特性達到目標值。?

與現有技術相比較，本發明提供的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的優化設計方法具有以下優點：由于該方法基于標幺化的電路模型，避免了因系統各項參數，如電源內阻、負載電阻、諧振頻率、發射線圈和接收線圈的等效電阻以及互感等耦合在一起而導致的難以解耦地分析各項系統參數對系統傳輸特性的影響的不足，因此，該方法簡單直觀，且可以解耦各項系統參數來分析其對系統傳輸特性的影響，有效提高了系統設計和優化的效率。?

附圖說明

圖1為本發明實施提供的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的優化設計方法的流程圖。?

圖2為本發明實施提供的兩線圈結構的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的結構示意圖。?

圖3為圖2中的兩線圈結構的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的等效電路圖。?

圖4為本發明實施提供的四線圈結構的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的結構示意圖。?

圖5為圖4中的四線圈結構的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的等效電路圖。?

主要元件符號說明?

無線電能傳輸系統????10,20?

電源????????????????100?

電源線圈????????????110?

發射線圈????????????120?

第一電容器??????????122?

接收線圈????????????130?

第二電容器??????????132?