[发明专利]等半径共振供电线圈设计方法

权利要求书

1.等半径共振供电线圈设计方法，其特征在于：装置包括信号发生器、功率放大器、由内外同轴设置的反向线圈和正向线圈组成的发射端正反向串联线圈、接收端单向线圈、可调电容C₁、可调电容C₂和负载，其中发射端正反向串联线圈与接收端单向线圈之间预留间隔后相对同轴设置，所述信号发生器的信号输出端与功率放大器的信号输入端连接，功率放大器的正向输出端与可调电容C₁的一端连接，可调电容C₁的另一端与正向线圈的一端连接，正向线圈的另一端与反向线圈的一端连接，反向线圈的另一端与功率放大器的负向输出端连接，所述接收端单向线圈的一端与负载的正向输入端连接，接收端单向线圈的另一端与可调电容C₂的一端连接，可调电容C₂的另一端与负载的负向输入端连接；

具体设计过程为：根据实际应用中充电目标的尺寸确定接收端单向线圈的大小即接收端单向线圈的半径和匝数；由激励源确定发射端正向线圈和反向线圈的半径；根据互感公式确定发射端正向线圈和反向线圈之间的匝数比，其中设定接收端单向线圈的半径为r_R，匝数为n_R，设定发射端正反向串联线圈的正向线圈的半径为r_T^f，反向线圈的半径为r_T^r，其中正向线圈半径r_T^f等于单向线圈半径r_R，通过两单匝圆线圈之间的互感公式：

求出发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间的互感：

式中，μ₀为真空磁导率，r₁和r₂分别是两单匝圆线圈的半径，d为两单匝圆线圈间的距离，K(k)和E(k)分别是第一类和第二类椭圆积分；n_T^f和n_T^r分别是正向线圈和反向线圈的匝数，n_R是接收端单向线圈匝数，r_T^f和r_T^r分别是正向线圈和反向线圈的半径，r_R是接收端单向线圈半径，D_ij是正向线圈或反向线圈的第i匝和接收端单向线圈的第j匝之间的距离，D为正向线圈或反向线圈与接收端单向线圈中心点之间的距离，a为导线半径，p为节距，密绕线圈节距p为0，可忽略不计；

通过求M(D)关于D的微分得出公式：

求出当正向线圈单独作为发射线圈时频率分裂点位置D_s，将D＝D₁＝D_s/2带入上式，可以求出反向线圈的匝数；

对反向线圈的匝数进行变动，根据公式

确定发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间互感曲线随距离变化的平坦程度，v越小则表示互感变化曲线越平坦，其中选取发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间的互感随传输距离变化曲线最平坦所对应的发射端反向线圈的匝数作为最优设计匝数，式中，D₀为发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间的初始距离，D₁为发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间互感取最大值时正反向串联线圈与单向线圈之间的距离；

然后利用可调电容C₁和可调电容C₂将发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈调谐在所用工作频率即完成用于无线电能传输的等半径共振供电线圈的发射端正反向串联线圈的设计。