[发明专利]基于非同频振动模式的无线充电系统功率效率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于非同频振动模式的无线充电系统功率效率控制方法，无线充电装置包括由漆包铜线绕制而成的N匝螺线管：源线圈、中继线圈和负载线圈，具体包括以下步骤：(1)确定漆包铜线的横截面半径r_c；(2)源线圈、中继线圈和负载线圈的半径r；(3)确定三个线圈的匝数N；(4)确定三个螺线管的匝间距d₁；(5)确定源线圈与负载线圈之间的距离D；(6)确定源线圈与中继线圈之间的距离d；(7)确定负载线圈的谐振频率与激励电源的频率f₀；(8)分别以输出功率最大和传输效率最高作为优化设计目标构建系统的非同频振动模式，使源线圈和中继线圈均在最优谐振频率处谐振，进而提高系统的传输性能。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，涉及非同频振动模式无线充电系统功率效率控制方法。

背景技术

在无线充电系统中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，可大大减少了能量传输的损耗，增强源线圈和负载线圈之间耦合强度，提高系统输出功率和传输效率。然而，在传统三线圈无线电能传输系统中，通常将各个线圈的谐振频率设置与激励电源频率相同，中继线圈能够在某一特定位置处使系统获得较高的传输功率和传输效率。但是在实际应用中，中继线圈由于受周围环境和使用过程的影响容易使其位置发生改变，造成系统传输性能下降。现有的解决方法通常采用阻抗匹配，提高系统应对中继线圈位置变化的能力，然而阻抗匹配电路增加了系统的硬件和控制复杂度，提高了系统成本。

发明内容

针对传统三线圈无线电能传输系统传输性能差的问题，本发明提出了一种基于非同频振动模式的无线充电系统功率效率控制方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：基于非同频振动模式的无线充电系统功率效率控制方法，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；激励电源与源线圈串联连接，负载与负载线圈串联连接；漆包铜线横截面半径相等，均为r_c；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C₁串联形成第一谐振电路；中继线圈与补偿电容C₂串联形成第二谐振电路；负载、负载线圈和补偿电容C₃形成第三谐振电路；基于非同频振动模式的无线充电系统功率效率控制方法的具体过程为：

(1)保证输出功率最大时的设计步骤如下：

步骤a.当源线圈与中继线圈之间的距离为d₁时，首先根据系统输出功率计算公式分别对源线圈的补偿电容C₁和中继线圈的补偿电容C₂求偏导，令以上两偏导式均为0，求得n组源线圈和中继线圈的补偿电容值，分别表示为C_1n和C_2n(n＝1,2,3…)，将n组源线圈电容C_1n和中继线圈电容C_2n分别代入输出功率公式计算系统的输出功率，上述输出功率计算公式如下：

P_out＝|I₃|²R_L

其中