[发明专利]磁共振电能传输系统正向并联协调控制方法

权利要求书

1.磁共振电能传输系统正向并联协调控制方法，其特征是：它由以下步骤实现：

步骤一、WPT/MRC系统发射端为双正向并联线圈，即双正向并联线圈作为发射线圈；接收端为单向线圈，即单向线圈作为接收线圈；双正向并联线圈由两个绕线方向相同，半径不同的线圈头头相连，尾尾相连并联组成；半径小的线圈嵌在半径大的线圈内部，内部线圈和外部线圈之间由一个开关相连接；接收线圈为单向线圈，绕线方向和双正向并联线圈一致；所有线圈均为圆形螺旋线圈；将发射端双正向并联线圈和接收端单向线圈同轴放置，并设定接收端单向线圈的半径为r_R，匝数为n_R，设定发射端组成双正向并联线圈的两个线圈半径分别为r_T¹和r_T²，其中r_T¹＞r_T²；

步骤二、线圈自感公式为：

式中，μ₀为真空磁导率(4π×10^-7H/m)，r为线圈半径，n为线圈匝数，a为导线半径；

两单匝圆线圈之间的互感公式为：

式中，r₁，r₂分别是两单匝圆线圈的半径，d为两单匝圆线圈间的距离，K(k)和E(k)分别是第一类和第二类椭圆积分；

根据电路理论求出发射端双正向并联线圈和接收端单向线圈之间的互感：

式中，n_T¹和n_T²分别是发射端两个正向线圈的匝数，n_R是接收端单向线圈匝数，r_T¹和r_T²分别是发射端两个正向线圈的半径，其中r_T¹＞r_T²，r_R则是接收端单向线圈半径，D为发射端两个正向线圈与接收端单向线圈中心点之间的距离；L_T¹和L_T²分别是发射端两个正向线圈的自感；M₁₂是发射端两个正向线圈之间的互感；M₁(D)和M₂(D)分别是发射端两个正向线圈和接收线圈之间的互感；

步骤三、通过求M(D)关于D的微分，得出公式：

根据双正向并联线圈和单向线圈的结构，在确定发射端两个正向线圈的半径后，可以求出两个正向线圈的匝数比；

步骤四、对两正向线圈的匝数进行调整，根据公式：

确定发射端双正向并联线圈和接收端单向线圈之间互感随距离变化曲线的平坦程度，v越小则表示互感随距离变化曲线越平坦；综合考虑后，得出两个正向线圈优化匝数分别为n_T¹和n_T²；

式中，D₀为发射端双正向并联线圈和接收端单向线圈之间的初始距离，D₁为两线圈间互感取最大值时两线圈间的距离；

步骤五、分别求出双正向并联线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统传输系数：

和单正向线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统传输系数：

其中ω为角频率，M(D)为双正向并联线圈作为发射线圈时，收发线圈间的互感；M′(D)为单正向线圈作为发射线圈时，收发线圈间的互感，R_S和R_L分别为源阻抗和负载阻抗；

步骤六、令：

S₂₁＝S₂₁′

根据收发线圈间互感M(D)/M′(D)与距离D之间的关系，求出两式相等时，收发线圈间的距离D_m；

步骤七、当传输距离小于D_m时，双正向并联线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统的传输效率高于单个正向线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统传输效率；当传输距离大于D_m时，双正向并联线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统的传输效率低于单个正向线圈作为发射线圈的WPT/MRC系统传输效率；

步骤八、当传输距离小于D_m时，使用双正向并联线圈作为WPT/MRC系统的发射线圈，用来抑制频率分裂，实现系统的高效率传输；当传输距离大于D_m时，把半径较小的正向线圈进行断路，使用半径较大的正向线圈作为WPT/MRC系统的发射线圈，保持系统高效率传输；

步骤九、利用两个可调电容，分别将收发线圈调谐在所用工作频率，完成磁共振电能传输系统正向并联协调控制方法。