磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法技术

本发明专利技术公开了一种磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法，属于无线电能传输设备技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：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。本发明专利技术近距离时正反向串联线圈作为WPT/MRC系统的发射线圈能有效抑制频率分裂现象的产生；远距离时正向线圈作为WPT/MRC系统的发射线圈，保持系统的高效率传输。

【技术实现步骤摘要】
磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法
本专利技术属于无线电能传输设备
，具体涉及一种磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法。
技术介绍
随着生活水平的逐渐提高，传统的有线电能传输方式由于存在摩擦、老化、容易产生电火花等问题，严重影响了供电设备的寿命和用电安全，已经不能满足人们对于高品质生活水平的需求。无线电能传输方式作为一种更为灵活方便安全的能量传输方式，受到国内外的广泛关注。2007年，MIT科学家利用磁耦合谐振式无线电能传输(wirelesspowertransferviamagneticresonancecoupling,WPT/MRC)理论，成功地在2m距离内点亮一个60W的灯泡，其传输效率达到50％左右。对无线电能传输技术在中远距离能量传输方面做出了巨大贡献。近几年来，磁耦合谐振式无线电能传输方式一直是国内外研究的热点。然而，在磁耦合谐振式无线电能传输中，当发射线圈和接收线圈之间的距离小于某个临界值时，系统在谐振频率处的传输效率不再是最大值，而是在谐振频率点两端的某两个频率点处达到峰值，这种现象叫做频率分裂。为了抑制频率分裂，可以采用频率跟踪、阻抗匹配、改变线圈结构等方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法，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相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、开关g、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，反向线圈与开关g并联连接，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...

【技术特征摘要】
1.磁耦合电能传输线圈最优切换设计方法，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相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、开关g、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，反向线圈与开关g并联连接，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；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rR，匝数为nR，设定发射端正反向串联线圈的正向线圈的半径为rTf，反向线圈的半径为rTr，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；nTf和nTr分别是正向线圈和反向线圈的匝数，nR是接收端单向线圈匝数，rTf和rTr分别是正向线圈和反向线圈的半径，rR是接收端单向线圈半径，Dij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：

【专利技术属性】
技术研发人员：施艳艳，王萌，高伟康，范悦，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41