[发明专利]具有抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统

说明书

本发明公开了一种具有抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统，根据曲面线圈无线电能传输系统的等效模型，确定穿过曲面接收线圈的磁通表达式；确定不同收发线圈距离下接收线圈匝间距临界分裂值和接收线圈内半径临界分裂值；拟合接收线圈匝间距临界分裂值与收发线圈距离之间的表达式，以及接收线圈内半径临界分裂值与收发线圈距离之间的表达式；根据实际应用的收发线圈距离，计算接收线圈匝间距的临界分裂值和接收线圈匝间距的临界分裂值，设计曲面接收线圈的匝间距和内半径小于对应的临界分裂值。本发明优化了曲面接收线圈参数的设计，提高了无线电能传输系统的传输性能。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，特别涉及一种具有抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输(WPT)技术是一种基于非导线接触方式，借助电磁波、微波等物理空间能量载体，将电能由电源侧传输至负载侧，具有随时充电、无需插拔、无电气接触、安全可靠、支持多设备同时充电的特点，使得摆脱电缆的束缚成为可能，极大地增加为用电设备供电的便利性与灵活性。无线电能传输技术的出现还促进了大量新型应用技术的产生，如基于非接触式供电的植入式医疗设备、家用电器、智能移动设备/可穿戴设备等。

在实际应用场合中，如可穿戴设备或植入式医疗设备，为使得接收线圈更好的贴合人体结构，有文献从人体工程学的角度出发，使用柔性曲面线圈代替原有的平面线圈；而发射端依然采用平面线圈，选择平面螺旋型或D型线圈结构，构成曲面线圈无线电能传输系统，通过磁场的耦合谐振来实现电能的无线传输。

通过仿真发现，曲面线圈无线电能传输系统中，接收线圈设计不合理，如匝间距过大、线圈内半径过大、绕制匝数过多以及收发线圈之间的距离过近等，会导致穿过曲面线圈的磁通在随线圈曲率角变化时出现多个极值点的现象，定义为曲率角分裂现象。这种现象增加了系统控制的复杂性以及系统的不稳定性，对无线传输系统的传输性能有很大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统。

实现本发明目的的技术解决方案如下：一种具有抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统，发射线圈采用平面线圈，接收线圈采用曲面线圈，所述曲面线圈的具体设计过程如下：

步骤1、根据曲面线圈无线电能传输系统的等效模型，确定穿过曲面接收线圈的磁通表达式；

步骤2、在不同收发线圈距离下，分析接收线圈匝间距变化时磁通随曲率角的变化和接收线圈内半径变化时磁通随曲率角的变化，确定接收线圈匝间距临界分裂值和接收线圈内半径临界分裂值；

步骤3、根据收发线圈距离和对应的接收线圈匝间距的临界分裂值，拟合接收线圈匝间距临界分裂值与收发线圈距离之间的表达式，以及接收线圈内半径临界分裂值与收发线圈距离之间的表达式；

步骤4、根据实际应用的收发线圈距离，计算接收线圈匝间距的临界分裂值和接收线圈匝间距的临界分裂值，设计曲面接收线圈的匝间距和内半径小于对应的临界分裂值，即得具有抑制曲率角分裂现象的曲面线圈无线电能传输系统。

步骤1中，穿过曲面接收线圈的磁链的表达式为：