[發(fā)明專利]抑制頻率分裂的無線電能傳輸線圈設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710662843.1
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107394901B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 王萌;施艷艷;高偉康;范悅
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H01F38/14
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

1.抑制頻率分裂的無線電能傳輸線圈設計方法，其特征在于：裝置包括信號發(fā)生器、功率放大器、由內外同軸設置的反相線圈和正向線圈組成的發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈、接收端單向線圈、可調電容C₁、可調電容C₂和負載，其中發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈與接收端單向線圈之間預留間隔后相對同軸設置，所述信號發(fā)生器的信號輸出端與功率放大器的信號輸入端連接，功率放大器的正向輸出端與可調電容C₁的一端連接，可調電容C₁的另一端與正向線圈的一端連接，正向線圈的另一端與反向線圈的一端連接，反向線圈的另一端與功率放大器的負向輸出端連接，所述單向線圈的一端與負載的正向輸入端連接，單向線圈的另一端與可調電容C₂的一端連接，可調電容C₂的另一端與負載的負向輸入端連接，所述發(fā)射端正向線圈和反向線圈及接收端單向線圈均為螺旋圓形線圈、螺旋矩形線圈或螺旋橢圓形線圈；

具體設計過程為：根據(jù)實際應用中充電目標的尺寸確定接收端單向線圈的大小即接收端單向線圈的半徑和匝數(shù)；由激勵源確定發(fā)射端正向線圈和反向線圈的半徑；根據(jù)互感公式確定發(fā)射端正向線圈和反向線圈之間的匝數(shù)比，其中設定接收端單向線圈的半徑為r_R，匝數(shù)為n_R，設定發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈的正向線圈的半徑為r_T^f，反向線圈的半徑為r_T^r，通過兩單匝圓線圈之間的互感公式：

求出發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感：

式中，μ₀為真空磁導率，r₁和r₂分別是兩單匝圓線圈的半徑，d為兩單匝圓線圈間的距離，K(k)和E(k)分別是第一類和第二類橢圓積分；n_T^f和n_T^r分別是發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)，n_R是接收端單向線圈的匝數(shù)，r_T^f和r_T^r分別是發(fā)射端正向線圈和反向線圈的半徑，r_R是接收端單向線圈的半徑，D_ij是發(fā)射端正向線圈或反向線圈的第i匝和接收端單向線圈的第j匝之間的距離，D為發(fā)射端正向線圈或反向線圈中心點與接收端單向線圈中心點之間的距離；

通過求M(D)關于D的微分，得出公式：

根據(jù)發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈的結構，在確定發(fā)射端正向線圈和反向線圈的半徑后求出發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)比；根據(jù)發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感隨傳輸距離變化曲線的平坦程度確定發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)，以滿足無線電能傳輸系統(tǒng)之間最優(yōu)傳輸調節(jié)，其中選取發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感隨傳輸距離變化曲線最平坦所對應的發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)作為最優(yōu)設計匝數(shù)；然后利用可調電容C₁和可調電容C₂將發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈調諧在所用工作頻率即完成用于無線電能傳輸?shù)囊种祁l率分裂的發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈的設計；

所述發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)具體確定過程為：首先求出當正向線圈單獨作為發(fā)射線圈時頻率分裂點位置D_S，將D＝D₁＝D_S/2帶入匝數(shù)比公式，可以求出反向線圈的匝數(shù)，

對反向線圈的匝數(shù)進行變動，根據(jù)公式：

確定發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間互感隨距離變化曲線的平坦程度，v越小則表示互感隨距離變化曲線越平坦；經過一系列對比可以得出，通過公式求出的反向線圈匝數(shù)為最優(yōu)值，式中，D₀為發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈中心點和接收端單向線圈中心點之間的初始距離，D₁為發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈與接收端單向線圈之間互感取最大值時發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈中心點和接收端單向線圈中心點之間的距離。

2.根據(jù)權利要求1所述的抑制頻率分裂的無線電能傳輸線圈設計方法，其特征在于：所述接收端單向線圈半徑r_R和匝數(shù)n_R的設定標準根據(jù)實際充電目標確定；發(fā)射端正向線圈半徑r_T^f和反向線圈半徑r_T^r的設定標準根據(jù)信號源確定。