[发明专利]一种用于无线电能传输的变径线圈设计方法

摘要

本发明公开了一种用于无线电能传输的变径线圈设计方法，包括以下步骤：设定基本参数：根据应用要求设置传输线圈的基本参数；确定匝间距pitch：先确定pitch的变化范围，根据不同pitch值对线圈互感M的影响，选取符合约束条件的pitch值；确定与基本参数匹配的最佳半径变化量Δr：根据不同Δr值对传输效率η值的影响，确定最佳Δr值。本发明通过以上步骤可以较精确的设计出在传输距离内实现高效率传输的线圈。

主权项

一种用于无线电能传输的变径线圈设计方法，其特征在于装置包括发射装置和接收装置，发射装置由信号发生器、功率放大器、可调电容C1和发射线圈构成，其中信号发生器的信号输出端与功率放大器的信号输入端连接，功率放大器的信号输出端与可调电容C1的一端连接，可调电容C1的另一端与发射线圈的一端连接，发射线圈的另一端与功率放大器的负向输出端连接，接收装置由负载、接收线圈和可调电容C2构成，接收线圈的一端与负载的正向输入端连接，接收线圈的另一端与可调电容C2的一端连接，可调电容C2的另一端与负载的负向输入端连接；具体设计过程为：(1)设定基本参数：根据应用场合和应用对象确定传输距离D，发射线圈与接收线圈初始半径r1＝r2＝D/4，初定r1＝r2＝5cm，设置线圈匝数N1＝N2＝6，采用线径dwire为1mm的导线绕制，在无线电能传输系统中，线圈谐振频率选取在MHz数量级，即系统工作在高频段，此时考虑反射的问题，所以电阻RS需要跟传输线的特征阻抗相匹配，而常用的特征阻抗为50Ω，所以RS取50Ω，负载RL由充电对象决定；(2)确定匝间距pitch：匝间距pitch∈(dwire,5dwire)，在范围内取不同pitch值得到一组互感M曲线，分别求出每条曲线的ΔM＝Mmax‑Mmin，需满足ΔM≤Lmin，由此选出符合条件的曲线对应的pitch值，其中Mmax与Mmin分别为同一pitch值对应的互感曲线中零距离处的互感值和临界耦合距离处的互感值，Lmin＝min{L1,L2}，L1与L2分别为发射线圈与接收线圈的自感；(3)确定与基本参数匹配的最佳半径变化量Δr：线圈从外至内第i匝半径ri＝r1+(i‑1)Δr，|Δr|∈(0,r1/N1),要实现近距离内的高效率传输，应抑制近距离内因互感过强导致的频率分裂现象，为减小近距离内的互感，单匝线圈之间的互感应趋于减小，则Δr∈(‑r1/N1,0)，根据不同Δr值对线圈互感M曲线平缓度和传输效率η值的影响，选取近距离处的传输效率η提高至接近于1时，对应的Δr值即为最佳Δr值。