[發(fā)明專利]抑制頻率分裂的正反向并聯(lián)線圈設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710709110.9
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN107482793B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施艷艷;王萌;高偉康;梁潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;H01F38/14;H01F41/04
• 代理公司: 41139 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)
• 代理人: 路寬

1.抑制頻率分裂的正反向并聯(lián)線圈設(shè)計(jì)方法，其特征在于：WPT/MRC裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、由內(nèi)外同軸設(shè)置的反向線圈和正向線圈組成的發(fā)射端正反向并聯(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)射端正反向并聯(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，功率放大器的信號(hào)輸出端與可調(diào)電容C₁的一端連接，可調(diào)電容C₁的另一端分別與發(fā)射端正向線圈和反向線圈的一端連接，發(fā)射端正向線圈和反向線圈的另一端分別與功率放大器的負(fù)向輸出端連接，所述接收端單向線圈的一端與負(fù)載的正向輸入端連接，接收端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；

具體設(shè)計(jì)過程為：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中充電目標(biāo)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(lì)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(shè)定接收端單向線圈的半徑為r_R，匝數(shù)為n_R，設(shè)定發(fā)射端正反向并聯(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；

線圈自感公式為：

式中，μ₀為真空磁導(dǎo)率，r為線圈半徑，n為線圈匝數(shù)，a為導(dǎo)線半徑；

兩單匝圓線圈之間的互感公式為：

式中，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；

求出發(fā)射端正向線圈的自感為：

發(fā)射端反向線圈的自感為：

式中，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，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)，a為導(dǎo)線的半徑；

發(fā)射端正向線圈與接收端單向線圈之間的互感：

反射端反向線圈與接收端單向線圈之間的互感：

根據(jù)電路理論求出發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感為：

式中，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與接收端單向線圈中心點(diǎn)之間的距離，L_T^r和L_T^f分別是發(fā)射端正向線圈和反向線圈的自感，M_fr是發(fā)射端正向線圈和反向線圈之間的互感，M_f(D)和M_r(D)分別是發(fā)射端正向線圈和接收端單向線圈之間的互感與發(fā)射端反向線圈和接收端單向線圈之間的互感；

通過求M(D)關(guān)于D的微分，得出公式：

根據(jù)發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈的結(jié)構(gòu)，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；

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)公式：

確定發(fā)射端正反向并聯(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，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)，以滿足無線電能傳輸系統(tǒng)之間最優(yōu)傳輸調(diào)節(jié)，其中選取發(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最平坦所對(duì)應(yīng)的發(fā)射端正向線圈和反向線圈的匝數(shù)作為最優(yōu)設(shè)計(jì)匝數(shù)，式中，D₀為發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的初始距離，D₁為發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈與接收端單向線圈之間互感取最大值時(shí)發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈與接收端單向線圈之間的距離；

利用可調(diào)電容C₁和可調(diào)電容C₂分別將發(fā)射端正反向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈調(diào)諧在所用工作頻率，完成應(yīng)用于無線電能傳輸?shù)目梢种祁l率分裂的正反向并聯(lián)線圈的設(shè)計(jì)。