[发明专利]一种用于长距离接力无线电能传输的抑制交叉耦合的复合哑铃线圈

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输系统设计领域。

背景技术

随着智能设备的发展，无线电能传输系统对传输距离和传输效率的要求越来越高。文献“Park B C,Lee J H.Adaptive impedance matching of wireless power transmission using multi-loop feed with single operating frequency[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2014,62(5):2851-2856.”和文献“Park J,Tak Y,Kim Y,et al.Investigation of adaptive matching methods for near-field wireless power transfer[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2011,59(5):1769-1773.”中提到在传统的单源-单负载系统中利用阻抗匹配、频率跟踪等方法在近距离中使传输效率和功率有了提高但是单源-单负载系统的传输距离仍然是无线电能传输的一个关键的限制条件，当传输距离增大时，传输效率以指数形式衰减。为了提高传输距离，在文献“Syms R R A,Shamonina E,Kalinin V,et al.A theory of metamaterials based on periodically loaded transmission lines:Interaction between magneto inductive and electromagnetic waves[J].Journal of Applied Physics,2005,97(6):064909.”中提出一种应用于WPT系统中的超材料，但会增加无线电能传输的成本，不利于无线电能传输系统的应用。引入中继线圈的目的在于提高当接收线圈和发射线圈之间的距离增加时的最大传输功率，因此在实际应用中，中继线圈可以同时解决系统的传输距离和传输效率。文献“Zhong W,Lee C K,Hui S Y R.General analysis on the use of Tesla's resonators in domino forms for wireless power transfer[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013,60(1):261-270”中提出多米诺结构的无线电能传输系统，该系统在谐振频率为500kHz，并且在提高传输距离的同时提高了传输效率，然而该系统没有考虑非相邻线圈之间的交叉耦合。文献“Lee C K,Zhong W X,Hui S Y R.Effects of magnetic coupling of nonadjacent resonators on wireless power domino-resonator systems[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(4):1905-1916”提到这种交叉耦合将会影响系统的传输效率，并导致系统频率漂移。在多中继系统中也可以利用中继线圈的不同位置来改变交叉耦合的影响，以提高系统的整体传输效率，但这种结构会使系统的空间占有率很大，而且不能完全消除交叉耦合。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于长距离接力无线电能传输的抑制交叉耦合的复合哑铃线圈，以解决当多中继应用在长距离接力无线能量传输系统中的非相邻线圈之间的交叉耦合影响系统的传输效率并使系统的最佳工作频率发生漂移。

本发明所述的一种用于长距离接力无线电能传输的抑制交叉耦合的复合哑铃线圈，由两个共面且具有相同规格的圆形或方形线圈(子线圈)L_a、L_b用导线正接或反接而成。正接或反接的复合哑铃线圈的电感值可以由如下公式计算得出：

正接：L＝L_a+L_b-2M_ab

反接：L＝L_a+L_b+2M_ab