[發明專利]抑制頻率分裂的正反向并聯線圈設計方法

有效

• 申請號: 201710709110.9
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107482793B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 施艷艷;王萌;高偉康;梁潔
• 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;H01F41/04
• 代理公司: 41139 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種抑制頻率分裂的正反向并聯線圈設計方法，根據實際應用中充電目標的尺寸確定接收線圈的大小確定接收線圈的半徑和匝數；由激勵源確定發射端正向線圈和反向線圈的半徑；根據發射端正反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發射端正向線圈和反向線圈的匝數，以滿足無線電能傳輸系統之間最優傳輸調節，然后調諧電容，將收發線圈調諧在所用工作頻率實現制造。本發明發射端正反向并聯線圈作為WPT/MRC系統的發射線圈能有效抑制WPT/MRC頻率分裂現象的產生。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸設備技術領域，具體涉及一種抑制頻率分裂的正反向并聯線圈設計方法。

背景技術

隨著科技的日新月異，各種各樣民用電子產品如手機、數碼相機、數字音樂播放器等大量的出現在人們的日常生活中，給我們的生活帶來了諸多的便利，同時也存在諸多問題，現今手機功能增多，這些功能在手機中的植入必將造成手機功耗的增加，而各個電子設備所使用的充電裝置相互間不通用，都是電源通過有線的方式連接到與各設備相互匹配的接口為電池進行充電。因此，為了克服傳統的有線充電方式的缺陷，采用新型的無線或無接觸電能傳輸方式將是未來充電技術發展的趨勢。

無線充電技術是對傳統電能傳輸的一次技術革新，使得各個充電設備避免了通過有線的方式連接到充電設備上所給充電過程帶來的麻煩和存在的不安全隱患。近幾年來，磁耦合諧振式無線電能傳輸一直是國內外研究的熱點。從磁耦合感應式無線電能傳輸的觀點來看，隨著距離的減小，傳輸效率增大，但是在磁耦合諧振式無線電能傳輸中，當傳輸距離減小到一定的程度后，原諧振頻率處的效率卻隨之減小，而增大或減小系統供電頻率可以提高效率，這一現象表明諧振系統的頻率在近距離時發生了分裂。所謂的頻率分裂具體指的是在多線圈傳輸結構中，隨著傳輸距離的減小，傳輸效率-頻率曲線出現了多個峰值。

為解決頻率分裂現象導致的電能傳輸效率降低的問題，現需通過頻率跟蹤、阻抗匹配或優化線圈的方法來抑制頻率分裂的影響，從而提高電能傳輸效率。頻率跟蹤技術是通過在磁耦合諧振式無線電能傳輸系統中附加高頻電流檢測器、差分放大器、相位補償器、鎖相線圈等一系列復雜的電路來實現對發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變得復雜，也會消耗額外的能量。阻抗匹配方法是在磁耦合諧振式無線電能傳輸系統中使用可調阻抗匹配網絡來抑制頻率分裂，但是需要逆變電路、反饋電路、控制電路等根據傳輸的距離來調整匹配阻抗。此外，還可以通過改變線圈結構的方式抑制頻率分裂，這種方法無需在系統中添加額外復雜電路，便于操作且簡單易行。

發明內容

本發明為了實現在系統中不附加額外復雜電路、消耗多余能量的同時，能夠有效抑制WPT/MRC中出現的頻率分裂，從而提出了一種應用于無線電能傳輸的抑制頻率分裂的正反向并聯線圈設計方法。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，抑制頻率分裂的正反向并聯線圈設計方法，WPT/MRC裝置包括信號發生器、功率放大器、由內外同軸設置的反向線圈和正向線圈組成的發射端正反向并聯線圈、接收端單向線圈、可調電容C₁、可調電容C₂和負載，其中發射端正反向并聯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，功率放大器的信號輸出端與可調電容C₁的一端連接，可調電容C₁的另一端分別與發射端正向線圈和反向線圈的一端連接，發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向輸出端連接，所述接收端單向線圈的一端與負載的正向輸入端連接，接收端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；