[发明专利]等半径共振供电线圈设计方法

说明书

本发明公开了一种等半径共振供电线圈设计方法，属于无线电能传输设备技术领域。本发明的技术方案要点为：根据充电目标确定接收端单向线圈大小，根据电源确定发射端正向线圈和方向线圈大小；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，对发射端反向线圈的匝数进行调整，根据发射端正反向串联线圈和接收端单向线圈之间互感随传输距离变化曲线的平坦程度选取合适的匝数；然后利用两个可调电容C₁、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。本发明中正反向串联线圈作为WPT/MRC系统的发射线圈能有效抑制WPT/MRC在过耦合区的频率分裂现象的产生。

技术领域

本发明属于无线电能传输设备技术领域，具体涉及一种等半径共振供电线圈设计方法。

背景技术

近几年来，磁耦合谐振式无线电能传输(wireless power transfer viamagnetic resonant coupling，WPT/MRC)方式受到越来越多的关注，该理论表明，在中距离传输范围(几厘米至几米)内，大部分能量会在谐振频率相同的线圈间传递，实现了高效率的能量传输。

然而，在磁耦合谐振式无线电能传输系统中，能量的传输效率随距离改变变化十分剧烈。一般地，WPT/MRC系统在某一特殊距离处在系统工作在谐振频率时传输效率达到最大。传输距离变大时，系统在谐振频率处扔能获得最大效率，但是会随着距离的变大而急剧减小；当传输距离变小时，两线圈间的互感会随着距离的变小而大幅度增加，尤其是具有相同半径收发线圈的系统，系统谐振频率处的传输效率会因为收发线圈间的过耦合状态而降低，但是会在谐振频率点两端的某两个频率点处达到最大，这种现象叫做“频率分裂(frequency splitting)”。

可以采用很多方法抑制频率分裂，比如频率跟踪、阻抗匹配、改变线圈结构等方法。频率跟踪技术是通过在WPT/MRC系统中附加高频电流检测器、差分放大器、相位补偿器、锁相环等一系列复杂的电路，实时改变系统能量传输频率，根据传输距离不同采取相应的最佳传输频率以获得最大传输效率。但是，这些附加的电路会使系统变得复杂，也会消耗额外的能量。阻抗匹配方法是在WPT/MRC系统中使用可调阻抗匹配网络来抑制频率分裂，根据传输距离变化，实时调整系统阻抗匹配特性，但是该技术操作复杂，不便于应用。

发明内容

本发明是为了实现在系统中不附加额外复杂电路、消耗多余能量的同时，能够有效抑制WPT/MRC中出现的频率分裂，提供了一种等半径共振供电线圈设计方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，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，所述单向线圈的一端与负载的正向输入端连接，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；