本发明专利技术公开了一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，系统包括发射端高频电源、发射端补偿电路、发射线圈、箱底缓冲材料内植入式线圈、植入式线圈非谐振补偿电容、接收线圈、接收端补偿电路、接收端整流装置和负载。植入式线圈回路优化方法包括针对植入式线圈在缓冲材料内的高度优化以及植入线圈回路非谐振补偿电容的优化。本发明专利技术可以实现对箱内设备的无线电能补给，同时考虑到多线圈的复杂耦合以及箱体缓冲材料的厚度，提出植入式线圈位置和电路优化方法，进一步提升箱内无线电能补给系统的工作性能，可广泛应用于仪器和设备不打开存储箱前提下的能量灵活高效补给场景。景。景。
【技术实现步骤摘要】
一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法
[0001]本专利技术涉及非接触电能传输
，具体涉及一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法。
技术介绍
[0002]很多精密用电设备在完成户外使用以后，将其装回带有缓冲材料的专用箱内，以防止运输过程中撞击损坏，充电的时候再将其从箱中取出进行充电操作，待充满电以后需将其重新放回专用存储箱中，相关的充电和使用操作流程复杂。无线电能传输技术无需人工插拔充电线缆，但仍需要将无人机等精密用电设备从存储箱中取出。尽管目前单发射单接收的非接触充电模式在一定程度上也能够隔着箱体进行无线能量补给，但是箱体及防撞击缓冲材料的厚度导致无线电能传输系统的传输距离显著增大，整体系统相关性能将受到明显影响。本专利技术基于在箱体底部缓冲材料安装带有非谐振补偿电容的植入式线圈回路，提出了一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，通过优化植入式线圈回路在缓冲材料中的高度，以及优化植入式线圈回路的非谐振补偿电容大小，提升了隔箱式无线电能传输系统的整体效率。
技术实现思路
[0003]为克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，通过优化植入式线圈回路在缓冲材料中的高度，以及优化植入式线圈回路的非谐振补偿电容大小，提升了隔箱式无线电能传输系统的整体效率。
[0004]为实现上述目的，首先提出了一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，系统包括发射端高频电源、发射端补偿电路、发射线圈、箱底缓冲材料内植入式线圈、植入式线圈非谐振补偿电容、接收线圈、接收端补偿电路、接收端整流装置和负载。
[0005]进一步地，所述植入式线圈处于箱底缓冲材料内，植入式线圈回路不含有电池等储能设备，缓冲材料具有一定厚度，植入线圈垂直高度可以根据整体系统参数进行优化设计后调整。
[0006]进一步地，所述植入式线圈双层平面螺旋结构，植入式线圈采用柔性铜箔材料绕制后安装在箱底缓冲材料中，两层线圈之间采用绝缘胶带或绝缘纸隔开。
[0007]进一步地，所述植入式线圈回路采用不与植入式线圈电感谐振的电容补偿，非谐振补偿电容根据植入线圈与能量收发线圈相对位置、各线圈尺寸、系统整体电路参数决定，非谐振补偿电容采用小型耐高压的电容器。
[0008]进一步地，所述植入式线圈回路优化方法首先考虑植入式线圈回路在缓冲材料中的位置优化，其步骤入下：
[0009]①
系统中U
s
为高频逆变器输出电压大小，L
t
和R
t
分别为发射端线圈的电感和内阻，L
f
，C
f
和C
t
组成发射端LCC型结构补偿电路，L
r
和R
r
分别为接收端线圈的电感和内阻，接收端采用串联补偿结构，C
r
表示接收端补偿电容，R
L
表示负载，植入式线圈电感和内阻分别表示
为L2和R2，串联补偿电容为C2，M2为发射线圈与植入式线圈之间的互感，M3为接收线圈与植入式线圈之间的互感，M4为发射线圈与接收线圈之间的互感，系统工作频率表示为f，相应的角频率表示为ω＝2πf，γ表示植入式线圈回路补偿程度因子，L0为基准补偿电感值，I
t2
为流经发射线圈的电流，流经植入式线圈回路的电流表示为I
em
，I
r2
为流经接收线圈的电流，分别根据如下公式计算
[0010][0011][0012][0013]②
根据电流表法师推导得到的含非谐振补偿的植入式线圈回路无线电能补给系统效率表达式
[0014][0015]③
不同相对位置下的发射线圈与植入式线圈之间的互感M2，接收线圈与植入式线圈之间的互感M3，发射线圈与接收线圈之间的互感M4，均根据如下线圈两两之间互感的公式计算
[0016][0017]其中N
a
和N
b
分别为线圈a和线圈b的匝数，M
ij
为线圈a第i
th
匝和线圈b第j
th
匝之间的互感，μ
r
为空气相对磁导率，μ0为真空磁导率，R
ij
为线圈a第i匝回路l
a(i)
和线圈b第j匝回路l
b(j)
的电流微元空间距离。
[0018]④
根据上述公式，选择植入式线圈回路补偿程度因子γ＝0，计算系统效率随植入式线圈在缓冲材料中高度的变化曲线，选择效率最高的植入式线圈高度作为植入式线圈回路在缓冲材料中的最优位置。
[0019]进一步地，在优化植入式线圈回路在缓冲材料中的位置以后，进一步优化植入式线圈回路补偿程度因子的优化，在最优植入式线圈回路位置下根据前述互感计算公式计算线圈两两之间的互感，进而根据前述电流和系统效率的计算公式，计算得到系统效率随植入式线圈回路补偿程度因子变化的特性曲线，选取系统效率最高时对应的植入式线圈回路补偿程度因子γ
op
作为植入式线圈回路最优的补偿状态，相应的植入式线圈回路非谐振补偿电容设计为实现针对箱体内部负载的能量非接触高效补给。
[0020]本专利技术可以解决用电设备不开箱无线电能补给，并且通过优化植入式线圈回路在缓冲材料中的高度，以及优化植入式线圈回路的非谐振补偿电容大小，提升了隔箱式无线电能传输系统的整体效率。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步描写和阐述。
[0022]图1是本专利技术首选实施方式一种箱内无线电能补给系统示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合附图、通过对本专利技术的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本专利技术的技术方案。
[0024]本专利技术所述的一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，系统包括发射端高频电源、发射端补偿电路、发射线圈、箱底缓冲材料内植入式线圈、植入式线圈非谐振补偿电容、接收线圈、接收端补偿电路、接收端整流装置和负载。
[0025]所述植入式线圈处于箱底缓冲材料内，植入式线圈回路不含有电池等储能设备，缓冲材料具有一定厚度，植入线圈垂直高度可以根据整体系统参数进行优化设计后调整。
[0026]所述植入式线圈双层平面螺旋结构，植入式线圈采用柔性铜箔材料绕制后安装在箱底缓冲材料中，两层线圈之间采用绝缘胶带或绝缘纸隔开。
[0027]所述植入式线圈回路采用不与植入式线圈电感谐振的电容补偿，非谐振补偿电容根据植入线圈与能量收发线圈相对位置、各线圈尺寸、系统整体电路参数决定，非谐振补偿电容采用小型耐高压的电容器。
[0028]所述植入式线圈回路优化方法首先考虑植入式线圈回路在缓冲材料中的位置优化，其步骤入下：
[0029]①
系统中U
s
为高频逆变器输出电压大小，L
t
和R
t
分别为发射端线圈的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，其特征在于，系统包括发射端高频电源、发射端补偿电路、发射线圈、箱底缓冲材料内植入式线圈、植入式线圈非谐振补偿电容、接收线圈、接收端补偿电路、接收端整流装置和负载。2.根据权利要求1所述的一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，其特征在于，植入式线圈处于箱底缓冲材料内，植入式线圈回路不含有电池等储能设备，缓冲材料具有一定厚度，植入线圈垂直高度可以根据整体系统参数进行优化设计后调整。3.根据权利要求1所述的一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，其特征在于，植入式线圈双层平面螺旋结构，植入式线圈采用柔性铜箔材料绕制后安装在箱底缓冲材料中，两层线圈之间采用绝缘胶带或绝缘纸隔开。4.根据权利要求1所述的一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，其特征在于，植入式线圈回路采用不与植入式线圈电感谐振的电容补偿，非谐振补偿电容根据植入线圈与能量收发线圈相对位置、各线圈尺寸、系统整体电路参数决定，非谐振补偿电容采用小型耐高压的电容器。5.根据权利要求1所述的一种箱内无线电能补给系统及植入式线圈回路优化方法，其特征在于，植入式线圈回路优化方法首先考虑植入式线圈回路在缓冲材料中的位置优化，其步骤入下：
①
系统中U
s
为高频逆变器输出电压大小，L
t
和R
t
分别为发射端线圈的电感和内阻，L
f
，C
f
和C
t
组成发射端LCC型结构补偿电路，L
r
和R
r
分别为接收端线圈的电感和内阻，接收端采用串联补偿结构，C
r
表示接收端补偿电容，R
L
表示负载，植入式线圈电感和内阻分别表示为L2和R2，串联补偿电容为C2，M2为发射线圈与植入式线圈之间的互感，M3为接收线圈与植入式线圈之间的互感，M4为发射线圈与接收线圈之间的互感，系统工作频率表示为f，相应...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瀚，张犁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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