[发明专利]中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法

说明书

本发明公开了一种中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法，具体设计过程为：确定漆包铜线的横截面半径r_c；源线圈、中继线圈和负载线圈的半径r；确定三个线圈的匝数N；确定三个螺线管的匝间距d’；确定源线圈与负载线圈之间的距离D；确定源线圈与中继线圈之间距离d的变化范围；确定负载线圈的谐振频率与激励电源的频率f₀；分别以输出功率最大和保障传输效率的基础上输出功率最大为优化设计目标，构建系统的互异谐振态。本发明有效解决了传统三线圈无线供电系统中继线圈位置变化造成的输出功率低的问题，通过构建每个传输距离d处的互异谐振态，大大提高了系统的输出功率。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法。

背景技术

两线圈无线电能传输系统的主要问题是：随着发射端与接收端之间距离增加，源线圈和负载线圈之间耦合能力减弱，进而导致系统输出功率和传输效率迅速下降。为了解决这一问题，可在源线圈与负载线圈之间引入一个中继线圈形成三线圈无线电能传输系统，中继线圈的存在大大减少了中间能量的损耗。

在传统三线圈无线电能传输系统中，大部分研究是将各个线圈的谐振频率设置与激励电源频率相同，为了提高系统的传输特性，通过阻抗匹配或改变耦合机构的方法。但是在实际应用中，系统的负载在很多情况下是固定不变的，很难通过阻抗匹配的方法来提高系统的传输性能。通过改变线圈的形状、大小以及线径等方法改变系统耦合机构，大多数情况下改变了耦合机构的空间占有率，在实际应用中会受到限制。在传统三线圈无线电能传输系统中，只有当中继线圈在某一特定位置处，系统的传输性能较好，但是位置一旦发生偏移，传输性能迅速下降。本发明从等效电路出发，分析了谐振频率对三线圈无线电能传输系统输出功率、传输效率的影响机理，在不改变线圈结构的基础上，提出了一种无线供电系统输出功率控制方法。

发明内容

针对传统三线圈无线电能传输系统输出功率低、中继线圈位置变化敏感的问题，本发明提出了一种中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法，其特征在于：中继线圈位置不敏感的无线供电系统包括源线圈、中继线圈和负载线圈，其中源线圈、中继线圈和负载线圈均是由漆包铜线绕制而成的N匝螺线管，漆包铜线横截面半径相等，均为r_c；三个螺线管匝间距相等，均为d’；源线圈、中继线圈和负载线圈半径均为r且三个线圈同轴设置，源线圈与负载线圈之间的距离固定为D，中继线圈在源线圈与负载线圈之间移动，源线圈与中继线圈之间的距离为d，负载线圈谐振频率等于激励电源的频率f₀，激励电源、源线圈和补偿电容串联形成回路I，中继线圈与补偿电容串联形成回路II，负载、负载线圈和补偿电容串联形成回路III；中继线圈位置不敏感的无线供电系统输出功率控制方法的设计过程为：

(1)以输出功率最大为优化设计目标时的设计步骤如下：

步骤一：计算系统输出功率

其中