[发明专利]无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输系统谐振器的设计，适用于移动设备，电动汽车等需无线供电的领域。

背景技术

目前无线电能传输技术在植入式医疗设备、家电、移动设备、电动汽车的无线充供电中得到广泛的研究与应用。而无线电能传输系统之所以能实现远距离的传输，离不开发射线圈和接收线圈的高Q值 (品质因数)，以及两线圈间的有效耦合，因此设计具有高品质因数的发射和接收线圈是系统线圈设计的关键。

迄今为止，磁耦合谐振式无线电能传输系统中关于谐振线圈的设计尚未有一套完善的优化解决方案。在给定谐振频率ω下，线圈的电感L和电容值C需满足频率条件ω=1/sqrt(LC)即可，一般绕制的发射和接收线圈只要电感值满足频率条件，并未太多考虑线圈自身的参数特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种平面谐振器的设计方法，根据给定的系统工作频率和传输距离以及负载特性，设计谐振器线圈使得两线圈的互感与内阻比达到最大，实现系统的最大强度耦合，以及最小衰减率的目的，从而实现系统传输效率的最优化。

本发明为解决以上技术问题采用的技术方案如下：

一种无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，所述盘式谐振器由两组互感线圈组成，包括以下步骤：

步骤A、根据给定的系统参数，并结合无线电能传输系统的特性，选取绕制线圈的导线半径值a； 

步骤B、根据步骤A确定的线圈导线半径a、线圈总体约束条件、导线电压绝缘等级，确定绕制线圈的匝间距值dx；

步骤C、将两互感线圈间的互感与单个线圈内阻之比最大时所对应的线圈匝数，最终确定的线圈绕制的匝数N。

进一步的，本发明的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，步骤A中所述给定的系统参数包括：接收线圈的负载R_L和传输功率P_L，所述绕制线圈的导线半径值a的确定方法为：

    根据计算公式I=sqrt( P_L / R_L)得到流过负载R_L的电流值I，根据该电流值I的3~5倍作为参考值选取绕制线圈的导线半径值a。

进一步的，本发明的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，步骤B所述匝间距值dx的确定方法为：

步骤b1、根据公式U≈QIR_L，计算求得线圈两端的感应电压U；其中Q是线圈的品质因数，R_L是接收线圈的负载，I代表流过R_L的电流值；

步骤b2、按不小于线圈导线的半径选取线圈的匝间距dx的初始值，根据线圈总体约束条件，即线圈的最大直径D_max估计出线圈匝数N_max；其中匝数N_max的选取应满足以下条件：

①满足2N_max (dx+2a)小于系统给定的线圈最大直径D_max；

②匝间电压U/N_max不低于所选取的导线所能承受的电压绝缘等级；

步骤b3、从上述初始值开始，依次增加匝间距，直到匝间距的选取同时满足步骤b2所述的两个条件为止。

进一步的，本发明的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，所述匝间距为等间距。

进一步的，本发明的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，所述品质因数Q为1000。

进一步的，本发明的无线电能传输系统中盘式谐振器的设计方法，步骤C所述线圈匝数N的确定步骤具体如下：

步骤c1、设定线圈匝数N的理论范围为：                                                ；