[發(fā)明專(zhuān)利]抑制頻率分裂的無(wú)線電能傳輸線圈設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710662843.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107394901B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王萌;施艷艷;高偉康;范悅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J50/12
• 分類(lèi)號(hào): H02J50/12;H01F38/14
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開(kāi)了一種抑制頻率分裂的無(wú)線電能傳輸線圈設(shè)計(jì)方法，屬于無(wú)線電能傳輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：根據(jù)充電目標(biāo)確定接收端單向線圈大小，根據(jù)電源確定發(fā)射端正向線圈和方向線圈大?。桓鶕?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，對(duì)發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整，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互感隨傳輸距離變化曲線的平坦程度選取合適的匝數(shù)；然后利用兩個(gè)可調(diào)電容C₁、C₂將發(fā)射端正反向串聯(lián)線圈和接收端單向線圈調(diào)諧在所用工作頻率。本發(fā)明采用正反向串聯(lián)線圈作為WPT/MRC系統(tǒng)的發(fā)射端線圈能有效抑制WPT/MRC在過(guò)耦合區(qū)的頻率分裂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制頻率分裂的無(wú)線電能傳輸線圈設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

2007年美國(guó)麻省理工大學(xué)學(xué)者利用磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸(wireless powertransfer via magnetic resonant coupling，WPT/MRC)理論，成功地在2m距離內(nèi)點(diǎn)亮一個(gè)60W的燈泡，其傳輸效率達(dá)到50％左右。該理論表明，在中距離傳輸范圍(幾厘米至幾米)內(nèi)，線圈之間可以通過(guò)耦合諧振方式實(shí)現(xiàn)高效的能量傳輸。與感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸方式相比，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸距離更遠(yuǎn)；與微波無(wú)線能量傳輸方式相比，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸沒(méi)有輻射。

近幾年來(lái)，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸方式一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而，在磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸中，當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離小于某個(gè)臨界值時(shí)，兩線圈處于過(guò)耦合狀態(tài)，線圈間的互感發(fā)生劇烈變化，系統(tǒng)電能傳輸效率也會(huì)急劇下降。此時(shí)，在諧振頻率處線圈接收的電能不再是最大值，而是在諧振頻率點(diǎn)兩端的某兩個(gè)頻率點(diǎn)處達(dá)到峰值，這種現(xiàn)象叫做頻率分裂。

為了抑制頻率分裂，可以采用頻率跟蹤、阻抗匹配、改變線圈結(jié)構(gòu)等方法。頻率跟蹤技術(shù)是通過(guò)在WPT/MRC系統(tǒng)中附加高頻電流檢測(cè)器、差分放大器、相位補(bǔ)償器、鎖相線圈等一系列復(fù)雜的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射回路諧振頻率的跟蹤控制，進(jìn)而抑制頻率分裂。但是，這些附加的電路會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜，也會(huì)消耗額外的能量。阻抗匹配方法是在WPT/MRC系統(tǒng)中使用可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)抑制頻率分裂，但是需要逆變電路、反饋電路、控制電路等根據(jù)傳輸?shù)木嚯x來(lái)調(diào)整匹配阻抗。此外，還可以通過(guò)改變線圈結(jié)構(gòu)的方式抑制頻率分裂。這種方法無(wú)需在系統(tǒng)中添加額外復(fù)雜電路，便于操作，簡(jiǎn)單易行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中不附加額外復(fù)雜電路、消耗多余能量的同時(shí)，能夠有效抑制WPT/MRC中出現(xiàn)的頻率分裂，提供了一種抑制頻率分裂的無(wú)線電能傳輸線圈設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，抑制頻率分裂的無(wú)線電能傳輸線圈設(shè)計(jì)方法，其特征在于裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、由內(nèi)外同軸設(shè)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(diào)電容C₁、可調(diào)電容C₂和負(fù)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(yù)留間隔后相對(duì)同軸設(shè)置，所述信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端與功率放大器的信號(hào)輸入端連接，功率放大器的正向輸出端與可調(diào)電容C₁的一端連接，可調(diào)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(fù)向輸出端連接，所述單向線圈的一端與負(fù)載的正向輸入端連接，單向線圈的另一端與可調(diào)電容C₂的一端連接，可調(diào)電容C₂的另一端與負(fù)載的負(fù)向輸入端連接；