基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法技术方案

本发明专利技术公开了基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法。该工作频率优化方法如下：一、确定被优化无线电能传输系统谐振频率f，并根据谐振频率f获得谐振角频率w0。二、设定发送线圈的角频率为第一峰值角频率w2或第二峰值角频率w3。本发明专利技术通过反射阻抗原理建立了三线圈结构的效率计算方法，并据此在避免更改负载、线圈尺寸结构、距离等因素的情况下，仅仅通过调节体外的发射功率源的工作频率就实现了无线传输效率的提高。将其应用于植入式医疗时，能够在频率分裂现象导致效率降低的情况下，克服体内线圈难以调整参数的缺陷，实现植入式医疗的高效率无线供电。现植入式医疗的高效率无线供电。现植入式医疗的高效率无线供电。

【技术实现步骤摘要】
基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种优化无线电能传输中的工作频率，从而提升系统传输效率的方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，无线电能传输技术因其具有无需接触即可传输电能的特性，摆脱了电线连接的不便，在工业电子、植入式医疗电子、智能家居等领域引起广泛应用。尤其在植入式医疗领域中作用尤其显著，它帮助人们解决了植入式医疗器械供电需要定期手术更换体内电池，繁琐且易造成炎症感染、细胞坏死等其他损伤的难题。
[0003]在植入式医疗，为了保持稳定有效的电能供给，人们往往希望在有限的植入空间内获得高效率的能量传输。目前应用最广泛的无线能量传输方式是磁耦合谐振式无线能量传输技术。该传输技术利用高品质因数的谐振线圈作为收发天线，利用高频功率源的发射频率与发射和接收端线圈的谐振频率保持一致而达到共振，可以在中等传输距离内实现大功率和高效率能量传输，并且其受周围环境影响小，对人体较为安全。已有很多研究表明，在无线发射线圈和无线接收线圈中间加入中继线圈可以有效提高传输效率。因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：步骤一、确定被优化无线电能传输系统的谐振角频率w0；步骤二、设定发送线圈的角频率为第一峰值角频率w2或第二峰值角频率w3如式(9)所示；其中，L3为接收线圈的电感值；R3为接收线圈的寄生电阻；R
L
为负载的阻抗；k
23
为中继线圈与接收线圈之间的耦合系数。2.根据权利要求1所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：所述的发送线圈、中继线圈和接收线圈均采用矩形的单匝印制方向线圈；发送线圈、中继线圈和接收线圈同轴设置。3.根据权利要求1或2所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：接收线圈的电感L3根据线圈电感值表达式计算，如式(1)所示；其中，L为线圈电感值；μ0为自由空间的磁导率；w为线圈的线宽；t为线圈的导线厚度；d为线圈的直径。4.根据权利要求1或2所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：接收线圈的寄生电阻R3根据线圈寄生电阻值表达式计算，如式(2)所示；其中，R
ac
为寄生电阻；δ为趋肤深度，表达式为μ为导体的磁导率；σ为铜的电导率；为第一类完全椭圆积分；5.根据权利要求1所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：计算被优化的无线电能传输系统的效率η如式(8)所示；其中，ref
12
、ref
13
、ref
23
分别为发射线圈反射中继线圈的阻抗、发射线圈反射接收线圈的阻抗、中继线圈反射接收线圈的阻抗；Z1、Z2、Z3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的电路阻抗；R
L
为负载阻抗。6.根据权利要求5所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：发射线圈反射中继线圈的阻抗ref
12
，发射线圈反射接收线圈的阻抗ref
13
和中
继线圈反射接收线圈的阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：程瑜华，陈程，王明浩，王高峰，李文钧，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：