[發明專利]正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統設計方法

有效

• 申請號: 201710662935.X
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107546866B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 施艷艷;王萌;梁潔;高偉康
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J50/90;H02J7/00
• 代理公司: 新鄉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.正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統設計方法，其特征在于：它由以下步驟實現：

步驟一、WPT/MRC系統發射端為雙正向并聯線圈，即雙正向并聯線圈作為發射線圈；接收端為單向線圈，即單向線圈作為接收線圈；雙正向并聯線圈由兩個繞線方向相同，半徑不同的線圈頭頭相連、尾尾相連并聯組成；半徑小的線圈嵌在半徑大的線圈內部；接收線圈為單向線圈，繞線方向和雙正向并聯線圈一致；所有線圈均為圓形螺旋線圈；將發射端雙正向并聯線圈和接收端單向線圈同軸放置，并設定接收端單向線圈的半徑為r_R，匝數為n_R，設定發射端組成雙正向并聯線圈的兩個線圈半徑分別為r_T¹和r_T²，其中r_T¹＞r_T²；

步驟二、線圈自感公式為：

式中，μ₀為真空磁導率(4π×10^-7H/m)，r為線圈半徑，n為線圈匝數，a為導線半徑；

兩單匝圓線圈之間的互感公式為：

式中，r₁，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；

根據電路理論求出發射端雙正向并聯線圈和接收端單向線圈之間的互感：

式中，n_T¹和n_T²分別是發射端兩個正向線圈的匝數，n_R是接收端單向線圈匝數，r_T¹和r_T²分別是發射端兩個正向線圈的半徑，r_R則是接收端單向線圈半徑，D為發射端兩個正向線圈與接收端單向線圈中心點之間的距離；L_T¹和L_T²分別是發射端兩個正向線圈的自感；M₁₂是發射端兩個正向線圈之間的互感；M₁(D)和M₂(D)分別是發射端兩個正向線圈和接收線圈之間的互感；

步驟三、通過求M(D)關于D的微分，得出公式：

根據雙正向并聯線圈和單向線圈的結構，在確定發射端兩個正向線圈的半徑后，可以求出兩個正向線圈的匝數比；

步驟四、對兩正向線圈的匝數進行調整，根據公式：

確定發射端雙正向并聯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；綜合考慮后，得出兩個正向線圈優化匝數分別為n_T¹和n_T²；

式中，D₀為發射端雙正向并聯線圈和接收端單向線圈之間的初始距離，D₁為兩線圈間互感取最大值是兩線圈間的距離；

步驟五、利用兩個可調電容，分別將發射端雙正向并聯線圈和接收端單向線圈調諧在所用工作頻率，完成正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統的制造。

2.根據權利要求1所述的正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統設計方法，其特征在于：接收端單向線圈的半徑r_R和匝數n_R的設定標準根據實際充電目標確定；組成發射端雙正向并聯線圈的兩正向線圈半徑r_T¹和r_T²的設定標準根據信號源確定。

3.根據權利要求2所述的正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統設計方法，其特征在于：組成發射端雙正向并聯線圈的兩正向線圈匝數n_T¹和n_T²的設定方法是根據發射端雙正向并聯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。

4.根據權利要求1所述的正向并聯線圈電磁諧振能量傳輸系統設計方法，其特征在于：裝置包括發射線圈、接收線圈、可調電容C₁和可調電容C₂，發射線圈由兩個正向線圈組成的雙正向并聯線圈，接收線圈是與接收線圈同向的單向線圈；以上所述線圈均為螺旋圓形線圈；

信號發生器的信號輸出端與功率放大器的信號輸入端連接；所述功率放大器的正向輸出端子與可調電容C₁的一端連接；所述可調電容C₁的另一端分別與兩正向線圈的一端連接；所述兩正向線圈“頭頭相連，尾尾相連”；所述兩正向線圈的另一端與功率放大器的負向輸出端子連接；

所述發射端雙正向并聯線圈和接收端單向線圈相對同軸放置，且兩線圈中心點之間的距離為D，D為正數，所述接收端單向線圈的一端與負載的正向輸入端子連接；所述接收端單向線圈的另一端與可調電容C₂的一端連接，所述可調電容C₂的另一端與負載的負向端子連接。