[发明专利]层叠式耦合机构及其构成的ECPT系统和系统参数设计方法

权利要求书

1.一种层叠式耦合机构，用于无线电能传输，其特征在于：电能发射端和电能接收端均包括一块内侧极板和一块外侧极板，所述内侧极板和所述外侧极板相互叠合并留有绝缘间隙，内侧极板为高压极板，外侧极板为低压极板；

所述内侧极板为平面板，所述外侧极板的边缘单向设置有凸边，外侧极板通过所述凸边围成用于容置所述内侧极板的凹槽，且所述内侧极板的外表面与所述凸边的外端面在同一水平面上；

所述外侧极板槽体底板的厚度与所述内侧极板的厚度相同；

所述外侧极板与所述内侧极板的底面间距和侧面间距均相同；

耦合机构在电能发射端和电能接收端成对称式结构；

所述内侧极板和外侧极板的板面均为正方形。

2.一种ECPT系统，其特征在于：采用权利要求1所述的层叠式耦合机构。

3.根据权利要求2所述的ECPT系统，其特征在于：在电能发射端和电能接收端的耦合机构上采用对称式双侧LC补偿网络。

4.如权利要求3所述ECPT系统的参数设计方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：根据实际应用需求，确定P_re、R_L、k及λ的大小，其中P_re为系统实际需求功率，R_L为负载电阻值，k为功率裕量系数，λ为系统要求的功率因数；

S2：按照确定能量发射端直流电源电压E_dc；

S3：根据实际需求确定耦合机构尺寸参数，利用仿真分析软件得到各个级板间的耦合电容值并计算出等效电容值；

S4：根据漏电场抑制要求，通过仿真得到电能接收端外侧极板电压峰值的最大值U_mp4max；

S5：根据仿真所得系统工作频率与电能接收端外侧极板电压峰值的关系以及功率因素随电感及频率的变化关系来确定初始频率f和最大频率f_max；

S6：在已知功率因数λ及频率f的情况下，计算出最小电感值L_S1min,L_S2min，并取其为电感初始值；

S7：根据等效电路及谐振条件计算出补偿电容C_f1,C_f2大小；

S8：计算电能接收端外侧极板电压大小，并判断其是否符合电压限制条件；

S9：符合电能接收端外侧极板电压限制条件，则得到各系统参数并结束设计流程，不符合则优先提高f，当f达到最大值，电能接收端外侧极板电压峰值U_mp4仍大于U_mp4max，则提高电感值，并重新回到步骤S7；

S10：给出确定的系统参数E_dc,L_S1,L_S2,C_f1,C_f2,f₀，其中L_S1,C_f1为能量发射端LC补偿网络的电感值和电容值，L_S2,C_f2为能量接收端LC补偿网络的电感值和电容值，f₀为最终的系统工作频率。