[发明专利]无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法

权利要求书

1.一种无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，所述盘式谐振器由两组互感线圈组成，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、根据给定的系统参数，并结合无线电能传输系统的特性，选取绕制线圈的导线半径值a； 

步骤B、根据步骤A确定的线圈导线半径a、线圈总体约束条件、导线电压绝缘等级，确定绕制线圈的匝间距值dx；

步骤C、将两互感线圈间的互感与单个线圈内阻之比最大时所对应的线圈匝数，最终确定的线圈绕制的匝数N。

2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：步骤A中所述给定的系统参数包括：接收线圈的负载R_L和传输功率P_L，所述绕制线圈的导线半径值a的确定方法为：

根据计算公式I=sqrt(P_L/R_L)得到流过负载R_L的电流值I，根据该电流值I的3至5倍作为参考值选取绕制线圈的导线半径值a。

3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：步骤B所述匝间距值dx的确定方法为：

步骤b1、根据公式U≈QIR_L，计算求得线圈两端的感应电压U；其中Q是线圈的品质因数，R_L是接收线圈的负载，I代表流过R_L的电流值；

步骤b2、按不小于线圈导线的半径选取线圈的匝间距dx的初始值，根据线圈总体约束条件，即线圈的最大直径D_max估计出线圈匝数N_max；其中匝数N_max的选取应满足以下条件：

①满足2N_max (dx+2a)小于系统给定的线圈最大直径D_max；

②匝间电压U/N_max不低于所选取的导线所能承受的电压绝缘等级；

步骤b3、从上述初始值开始，依次增加匝间距，直到匝间距的选取同时满足步骤b2所述的两个条件为止。

4.根据权利要求1或3所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：所述匝间距为等间距。

5.根据权利要求3所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：所述品质因数Q为1000。

6.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：步骤C所述线圈匝数N的确定步骤具体如下：

步骤c1、设定线圈匝数N的理论范围为：                                                ；

其中：D_max是系统给定的线圈最大直径，a为步骤A确定的导线半径、dx为步骤B确定的线圈匝间距参数； 

步骤c2、在上述线圈匝数N的理论范围内选取数值分别代入以下关于线圈互感M与线圈内阻R的公式进行计算，当代入的线圈匝数N计算出的线圈互感M与线圈内阻R的比值最大时，该线圈匝数N即为最终确定的线圈绕制匝数；

，；

式中σ为所选的线圈绕制材料的电导率，μ₀为真空磁导率率，ω是系统给定的谐振工作频率，d是系统给定的传输距离，r_avg是线圈的等效半径；r_avg=D_max/2-N(2a+dx)/2。

7.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：所述线圈为电导率高的金属材料制作。

8.根据权利要求6或7所述的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，其特征在于：所述线圈为铜材料制作。