基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法，该无线电能传输系统包括发射线圈、接收线圈、介质基板及设置于介质基板上的螺旋谐振腔；螺旋谐振腔包括平面方形螺旋线圈、平面圆形螺旋线圈、开口环和补偿电容，平面方形螺旋线圈、平面圆形螺旋线圈和开口环由介质基板中心向介质基板边缘依次排布，介质基板位于发射线圈和接收线圈之间，依据介质基板螺旋谐振腔与发射线圈和接收线圈的耦合度，调整其位置来改变传输效率，当发射线圈中的交变磁场入射到介质基板后，原本发散的磁场改变方向开始聚集，接收线圈由此接收到更多的能量，增大了无线电能传输的传输距离，提高了系统的传输效率。提高了系统的传输效率。提高了系统的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法


[0001]本专利技术属于电磁学和无线电能传输
，具体涉及一种基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法。

技术介绍

[0002]日常生活中，由于频繁插拔电器插头导致充电很不安全，特别是在采矿、石油勘探、水下供电等特殊场合，传统的输电方式存在更大的安全隐患。近年来，无线电能传输备受关注。无线电能传输技术是指不通过导线将电能从源端传输到负载端的一种电能传输方式。无线电能传输技术可分为感应耦合式、微波辐射式和磁耦合谐振式。感应耦合式适应于短距离传输，而微波辐射式对人体和其它生物都有伤害，因此均受到很大限制。自2007年以来，首次提出了磁耦合共振理论，为无线电能量传输各个领域的研究奠定了基础。由于不需要导线，该技术具有灵活、方便、安全等优点。目前，广泛应用于便携式电子产品、生物医学设备、电动汽车、水下充电等方面。然而，当充电距离增加时，无线电能传输系统的传输效率急剧下降，成为一个亟待解决的问题。
[0003]介质基板螺旋谐振腔是一种具有人工设计结构和天然材料所不具有的超常物理性能的复合材料。通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法，其特征在于：所述无线电能传输系统包括发射线圈、接收线圈、介质基板及设置于介质基板上的螺旋谐振腔，发射线圈和接收线圈均为平面圆形螺旋线圈且结构完全相同，发射线圈、介质基板和接收线圈依次同轴平行相对设置，发射线圈与接收线圈的最小内径r1均为30mm、最大外径r2均为58mm、匝间距为1mm、匝数为7，螺旋谐振腔印制在介质基板的一侧，该螺旋谐振腔由平面方形螺旋线圈、平面圆形螺旋线圈、开口环和补偿电容组成，其中平面方形螺旋线圈、平面圆形螺旋线圈和开口环由介质基板中心向介质基板边缘依次排布，平面方形螺旋线圈和平面圆形螺旋线圈的线宽w均为2mm，匝间距g为3mm，开口环线宽为2mm，平面方形螺旋线圈、平面圆形螺旋线圈及开口环的厚度均为0.1mm，补偿电容焊接在开口环空隙两端；所述发射线圈与接收线圈之间的距离为D，接收线圈与介质基板之间的距离为d，设定D的取值范围为[2.5r2, 4r2]，d的变化范围为[0, D]，介质基板的放置位置满足d=2/5D时，无线电能传输系统的性能最佳。2.根据权利要求1所述的基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法，其特征在于：所述介质基板为正方形，该介质基板的材料为FR4，介电常数ε
r
=4.4，厚度为1.6mm，长度和宽度均为140mm。3.根据权利要求1所述的基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法，其特征在于：所述补偿电容的材料为高频贴片电容，该补偿电容C
p
为330pF。4.根据权利要求1所述的基于螺旋谐振腔的无线电能传输系统的设计方法，其特征在于：所述介质基板最佳放置位置的确定过程为：在[2.5r2, 4r2]的取值范围内按照1.5r2/100的步进变化量使D的数值由2.5r2递增到4r2，计算D取不同值时，传输效率最高对应的d的值，求解过程如下：当D为取值范围内的设定值时，在[0, D]的变化范围内按照D/100的步进变化量使d的数值由0递增到D；计算d取不同值时，整个无线电能传输系统的S参数，并利用S参数计算出系统的传输效率，将效率最大时对应D和d的值分别记录为D
i
和d
i
；根据以上计算流程，最终获得100组数据，即D
i
和d
i
，i=1, 2, 3...100；依据得到的100组数据进行曲线拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，王梦梦，施艳艳，郭景景，孙熠龙，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：