[發(fā)明專利]磁耦合高效率電能傳輸并聯(lián)線圈設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710707872.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107546867B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王萌;施艷艷;馮靜;高偉康
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J50/90;H02J7/00
• 代理公司: 41139 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 路寬<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發(fā)明公開了一種磁耦合高效率電能傳輸并聯(lián)線圈設(shè)計方法，根據(jù)實際應(yīng)用中充電目標的尺寸確定接收端單向線圈的大小、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)發(fā)射端正反向并聯(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)，近距離傳輸時，使用發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈作為發(fā)射線圈，抑制頻率分裂實現(xiàn)系統(tǒng)能量高效傳輸；傳輸距離超過一定范圍時，將發(fā)射端反向線圈進行開路，使用發(fā)射端正向線圈作為發(fā)射線圈，保持系統(tǒng)能量高效傳輸，調(diào)諧電容，將收發(fā)線圈調(diào)諧在所用工作頻率實現(xiàn)設(shè)計。本發(fā)明能夠同時實現(xiàn)近距離能量傳輸和遠距離能量傳輸時，WPT/MRC系統(tǒng)進行高效能量傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線電能傳輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁耦合高效率電能傳輸并聯(lián)線圈設(shè)計方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著科技的發(fā)展，以智能手機、平板電腦為代表的電子產(chǎn)品使用量激增，形形色色的家用電器走進千家萬戶，這些電子產(chǎn)品在給人們帶來極大便利和享受的同時也帶來了錯綜復(fù)雜的電線，限制了移動設(shè)備的靈活性。此外，隨著收入的提高，汽車產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢，但是現(xiàn)階段又面臨著石油短缺的嚴峻挑戰(zhàn)，可以預(yù)期隨著石油、天然氣等不可再生能源的日趨減少，未來電動汽車取代燃油汽車將是一個必然的趨勢，隨之而來的是電動汽車能源供應(yīng)的問題，電池是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵，當前電動汽車的發(fā)展主要受限于其能量的供給，目前仍未研制出一種像傳統(tǒng)汽油高能量密度的電池為電動汽車提供能量，如何在保證能量供給的前提下減輕車載電池的重量以及快捷方便的給汽車充電是未來電動汽車推廣使用的主要難題和障礙。磁耦合無線電能傳輸技術(shù)的出現(xiàn)，為上述存在的問題找到了有效的解決方案，因此，該技術(shù)受到越來越多研究者的重視。

無線電能傳輸技術(shù)按原理可以分為三類：電磁感應(yīng)原理、微波傳輸原理和磁諧振耦合原理，經(jīng)過近些年的發(fā)展，利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能的近距離無線傳輸已經(jīng)比較成熟，已有較多商業(yè)化產(chǎn)品見諸報道。利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)無線電能傳輸能在近距離(1cm以內(nèi))以較高效率傳輸較大的功率，但是其無法實現(xiàn)較遠距離傳輸?shù)娜秉c，成為限制其發(fā)展的重要因素。此外，采用微波傳輸原理雖然能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的無線電能傳輸，但是其復(fù)雜的跟蹤定位系統(tǒng)以及較低的傳輸效率，使其發(fā)展受到嚴重阻礙。磁諧振耦合無線電能傳輸以其能實現(xiàn)中距離、高效率傳輸?shù)奶攸c，成為目前該領(lǐng)域的研究熱點。

而在磁耦合諧振式無線電能傳輸中，當發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離小于某個臨界值時，兩線圈處于過耦合狀態(tài)，線圈間的互感發(fā)生劇烈變化，系統(tǒng)傳輸效率也會急劇下降。此時，效率在諧振頻率點兩端的某兩個頻率點處達到峰值，而在諧振頻率處線圈傳輸效率不再是最大值，這種現(xiàn)象稱為頻率分裂。

為了抑制頻率分裂，可以采用頻率跟蹤、阻抗匹配及改變線圈結(jié)構(gòu)等方法。頻率跟蹤技術(shù)是通過在傳輸系統(tǒng)中附加高頻電流檢測器、差分放大器、相位補償器、鎖相環(huán)等一系列復(fù)雜的電路來實現(xiàn)對發(fā)射回路諧振頻率的跟蹤控制，進而抑制頻率分裂。但是，這些附加的電路會使系統(tǒng)變得復(fù)雜，也會消耗額外的能量。阻抗匹配方法是在傳輸系統(tǒng)中使用可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)來抑制頻率分裂，但是需要通過逆變電路、反饋電路、控制電路等根據(jù)傳輸?shù)木嚯x來調(diào)整匹配阻抗。此外，還可以通過改變線圈的結(jié)構(gòu)的方式抑制頻率分裂。這種方法無需在系統(tǒng)中添加額外復(fù)雜電路，便于操作，簡單易行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了實現(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，能夠在近距離內(nèi)有效抑制WPT/MRC中出現(xiàn)的頻率分裂，提高系統(tǒng)傳輸效率，能夠在遠距離時保持高效率傳輸，從而提供了一種磁耦合高效率電能傳輸并聯(lián)線圈設(shè)計方法。