[发明专利]一种具有抗偏移能力的无线电能传输LCC-S拓扑结构及其参数设计方法

权利要求书

1.一种具有抗偏移能力的无线电能传输LCC-S拓扑结构的参数设计方法，所述拓扑结构包括发射端和接收端，所述发射端包括交流逆变电压源U_in，第一电容器C_p，发射端自感L_p和发射端内阻R_p，接收端包括接收端自感L_s，接收端内阻R_s，负载电阻R_o和第二电容器C_s；发射端还包括补偿电感器L₁和补偿电容器C₂；交流逆变电压源U_in的一端连接补偿电感器L₁的一端，补偿电感器L₁的另一端连接补偿电容器C₂的一端和第一电容器C_p的一端，补偿电容器C₂和第一电容器C_p并联，第一电容器C_p的另一端连接发射端自感L_p的一端，发射端自感L_p的另一端连接发射端内阻R_p的一端，发射端内阻R_p的另一端连接补偿电容器C₂的另一端和交流逆变电压源U_in的另一端；接收端自感L_s、接收端内阻R_s、负载电阻R_o、第二电容器C_s依次串联；其中，发射端自感L_p和第一电容器C_p处于谐振状态，接收端自感L_s和第二电容器C_s处于谐振状态，发射端自感L_p和接收端自感L_s之间存在互感M；其中，k为耦合系数，L_p为发射端自感L_p的电感量，L_s为接收端自感L_s的电感量，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)k为耦合系数，LCC-S拓扑结构输出功率极值点对应的耦合系数为：

定义参数：

a＝ω²L₁C₂，

b＝ω²L₁²，

A＝(1-a)²，其中0＜A＜1，

B＝R_P(R_S+R_o)

C＝b(R_S+R_o)²，

g＝ω²M²，

此时对应的g的取值为

当系统线圈以及负载确定之后，k_set、g_set随之确定；

其中，R_s为接收端内阻R_s的电阻大小，R_o为负载电阻R_o的电阻大小，所述发射端自感L_p和第一电容器C_p处于谐振状态，接收端自感L_s和第二电容器C_s处于谐振状态，谐振频率与逆变器工作频率相同为ω，于是有：L_p为发射端自感L_p的电感量，L_s为接收端自感L_s的电感量，R_p为发射端内阻R_p的电阻大小，L₁为补偿电感器L₁的电感量，C₂为补偿电容器C₂的电容量；

(2)定义参数P为：

在步骤(1)k_set、g_set和系统线圈以及负载确定的基础上代入P的定义求出P；

另有：

代入P，通过式(16)推导参数A的取值；

根据式(5)求出参数C的取值；

(3)根据参数C的定义，求出参数b的取值，进而根据参数b的定义，求出L₁的取值；

根据参数A的定义，求出参数a的取值，进而根据参数a的定义，求出C₂的取值；

(4)系统工作区间的耦合系数下限值为k_min，系统工作区间的耦合系数上限值为k_max，有：

最后得出LCC-S拓扑结构的功率平缓输出区间即系统工作的耦合系数区间为k_min-k_max。