[发明专利]双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法

说明书

本发明是双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法。本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域所述电路包括双股并绕线圈、补偿可调电容阵列和受控电压源阵列；所述双股并绕线圈包括第一线圈和第二线圈，所述补偿可调电容阵列包括第一补偿可调电容和第二补偿可调电容，所述受控电压源阵列包括第一受控电压源和第二受控电压源。相比已有的集中式串联补偿方案，本发明所提方案可实现双股并绕线圈中两股线中的电流比例可调，消除了传统补偿方式存在的电流不均衡、不可调节，进而为实现发射线圈均匀磁场提供思路。

技术领域

本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域，是双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法。

背景技术

在无线电能传输系统中，提升发射线圈的磁场均匀度是提高非对称磁耦合系统中抗偏移能力、降低控制难度的最直接方法。一点的磁感应强度与电流强度和该点跟电流元的距离有关，因此，在诸多研究中，实现均匀磁场的方法主要有非均匀绕制的线圈和非均匀分布的电流。非均匀分布电流的方法中，可使用多逆变源控制或线圈分叉的方法，前者通过多个逆变源得到不同大小的电流，必然导致成本的增加；而后者由于各股线圈之间存在强耦合，各股电流存在不均衡的问题，导致无法得到期望的各股间电流比值。

发明内容

本发明为实现双股并绕线圈中各股线中的电流比值调节，本发明基于双股独立补偿的思想，通过分析补偿电容对电流的影响，对补偿电容进行优化设计，由定值电容改为可调电容，通过调整电容大小，使两股线中得到期望的电流比例，本发明提供了双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法，本发明提供了以下技术方案：

一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路，所述电路包括双股并绕线圈、补偿可调电容阵列和受控电压源阵列；

所述双股并绕线圈包括第一线圈和第二线圈，所述补偿可调电容阵列包括第一补偿可调电容和第二补偿可调电容，所述受控电压源阵列包括第一受控电压源和第二受控电压源；

所述第一线圈一端连接第一补偿可调电容的一端，所述第一补偿可调电容的另一端连接第一受控电压源的一端；所述第二线圈一端连接第二补偿可调电容的一端，所述第二补偿可调电容的另一端连接第二受控电压源的一端。

优选地，所述第一线圈和第二线圈另一端与电压源的一端连接，第一受控电压源和第二受控电压源的另一端均与电压源的另一端连接。

一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路的参数设计方法，包括以下步骤：

步骤1：测量第一线圈和第二线圈和第三线圈的自感，通过L₁和L₂分别表示第一线圈和第二线圈的自感；

步骤2：测量第一线圈和第二线圈间的互感，通过M₁₂表示第一线圈和第二线圈间的互感，；

步骤3：确定第一线圈和第二线圈中的电流比例k，第一线圈的电流大小为第二线圈电流大小的k倍；

步骤4：将补偿可调电容阵列中的补偿电容，分别配置于双股并绕线圈的两个线圈上，当工作角频率为ω时，通过下式确定第一补偿可调电容、第二补偿可调电容和第三补偿电容的电容大小：

C₁＝1/(ω^2*(L₁+M₁₂/k))

C₂＝1/(ω^2*(L₂+kM₁₂))

其中，C₁和C₂分别为第一补偿可调电容和第二补偿可调电容的电容大小。

本发明具有以下有益效果：