[发明专利]采用补偿电感传递信号的ECPT系统及其参数设计方法

权利要求书

1.一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统，包括用于实现电能无线传输的电场耦合机构，其特征在于：在所述电场耦合机构的原边电路中设置有补偿电感L_s1和补偿电感L_s3，在所述电场耦合机构的副边电路中设置有补偿电感L_s2，补偿电感L_s1，L_s2和L_s3共同补偿电场耦合机构的容抗，补偿电感L_s1和补偿电感L_s2相互耦合构成信号传输通道实现原、副边之间的无线信号传输；

原、副边的补偿电感与耦合机构构成的等效电容构成串联谐振回路；

在原边设置信号调制电路，该信号调制电路的输出端经过补偿电容C_g1与所述补偿电感L_s1相连，在副边设置有补偿电容C_g2、信号检测电阻R_b、带通滤波器以及信号解调电路，所述补偿电感L_s2与补偿电容C_g2和检测电阻R_b相连，所述信号检测电阻R_b采集的信号经过带通滤波器滤除杂波后再送入所述信号解调电路中。

2.根据权利要求1所述的采用补偿电感传递信号的ECPT系统，其特征在于：原边电路中设置有直流电源和高频逆变电路，副边电路中设置有整流滤波器和负载。

3.根据权利要求1所述的采用补偿电感传递信号的ECPT系统，其特征在于：所述补偿电感L_s1和补偿电感L_s2是由励磁线按照平面线圈绕制而成。

4.一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统的参数设计方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

S1：根据工程经验和实际应用需求确定系统拓扑结构和部分参数，包括：

(1)原边设置有直流电源和高频逆变电路，确定直流电源电压E_dc，调制载波幅值u_s和高频交流电压频率f_p；

(2)电场耦合机构由两对耦合极板构成，确定其等效电容为C_s1和C_s2；

(3)在电场耦合机构的原边电路中设置有补偿电感L_s1和补偿电感L_s3，在电场耦合机构的副边电路中设置有补偿电感L_s2，补偿电感L_s1、L_s2和L_s3与电场耦合机构的等效耦合电容构成串联谐振回路，在补偿电感L_s1上连接有补偿电容C_g1，在补偿电感L_s2上连接有补偿电容C_g2；

(4)确定等效负载R_e，信号检测电阻R_b，电能增益阈值G_pp*以及信号串扰阈值G_ps*；

S2：根据ECPT系统电能传输通道的谐振条件确定补偿电感的总电感值L_s1+L_s2+L_s3；

S3：根据k的取值范围设定k的初始值，使其满足L_s3＝kL_s1＝kL_s2；

S4：根据系统电能增益需大于阈值G_pp*、信号串扰需小于阈值G_ps*和λ的取值范围，求解频率比λ和耦合系数α，其中λ为信号工作角频率和电能工作角频率的比值，耦合系数M为补偿电感L_s1和补偿电感L_s2之间的互感值；

S5：根据λ确定信号工作频率f_s以及补偿电容C_g1和补偿电容C_g2的电容值；

S6:根据公式计算信号和串扰之比β；

其中，Gss为没有电能串扰时的信号通道增益，Gps为信号串扰值，|u_s|为调制载波幅值，|u_p|为逆变器输出的等效交流电源电压的幅值；

S7：判断信号和串扰之比β是否大于能够正确有效解调的最小信号和串扰之比β*，若ββ*时，则重新修改电感比值k，直到能够满足信号解调条件；若满足限定条件，则给出系统最终参数。