[发明专利]无线充电系统发射线圈优化设计方法

权利要求书

1.无线充电系统发射线圈优化设计方法，其特征在于：无线电能传输系统包括发射装置和接收装置，发射装置包括信号发生器、功率放大器、可调电容C₁和发射线圈，发射线圈与可调电容C₁实现串联谐振；接收装置包括接收线圈、可调电容C₂和负载，接收线圈与可调电容C₂也实现串联谐振，发射装置中信号发生器产生频率固定的高频信号，经功率放大器输出，驱动发射线圈，通过谐振将信号传递给接收线圈，进而传递给负载，具体设计步骤如下：

(1)按照具体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的平均半径r₁＝r₂＝d/4，初定两平面螺旋线圈的初始半径r_{out_1}＝r_{out_2}＝10cm，接收线圈的匝间距s₂＝-15mm，匝数N₂＝6，采用线径w为1mm的导线绕制，线圈导线总长度l_i可由下式计算得出：

式中[N_i]表示不超过N_i的最大整数，下标i为1和2时分别表示发射线圈与接收线圈的参数，通过上式可计算得到接收线圈长度l₂，源内阻R_S取50Ω，负载R_L由充电对象决定；

(2)确定与基本参数匹配的最佳匝间距s₁’：为提高系统的传输效率，则需使互感变化尽可能的平缓，两线圈之间的互感可由下式计算得出：

式中μ₀＝4π×10^-7H/m为真空磁导率，d为两线圈间的距离即传输距离，令互感M关于s₁的偏微分为零可得：

可得互感变化最平缓时发射线圈匝数N₁与匝间距s₁之间的关系，为使发射线圈与接收线圈导线长度相等，则需满足：

l₁＝l₂ (4)

联立(1)(3)(4)式解得s₁和N₁，可使互感平缓的同时保证两线圈导线长度相同，此时的s₁即为等长度发射线圈的最佳匝间距s₁’。