[发明专利]一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统

权利要求书

1.一种可提高抗偏移能力的恒流输出无线电能传输系统，其特征在于：包括原边能量发射模块、原边能量中转模块、副边能量中转模块和副边能量拾取模块；

所述原边能量发射模块用于将交流电压源V_i输出的能量发射给原边能量中转模块和副边能量拾取模块；

所述原边能量中转模块用于接收原边能量发射模块发射出的一部分能量并将能量发射给副边能量中转模块；

所述副边能量中转模块用于接收原边能量中转模块发射的能量并将能量发射给副边能量拾取模块；

所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块和副边能量中转模块发射出的能量并输出给交流等效负载R_ac；

所述原边能量发射线圈L₁与副边能量中转线圈L₃之间的互感M₁₃为零，原边能量中转线圈L₂与副边能量拾取线圈L₄之间的互感M₂₄为零；原边能量发射线圈L₁与原边能量中转线圈L₂之间的同名端同向，副边能量中转线圈L₃与副边能量拾取线圈L₄之间的同名端反向，或者原边能量发射线圈L₁与原边能量中转线圈L₂之间的同名端反向，副边能量中转线圈L₃与副边能量拾取线圈L₄之间的同名端同向；

所述原边能量发射线圈L₁、原边能量中转线圈L₂、副边能量中转线圈L₃、副边能量拾取线圈L₄的参数设计包括以下步骤：

步骤1：采用利兹线建立原边能量发射线圈L₁、原边能量中转线圈L₂、副边能量中转线圈L₃、副边能量拾取线圈L₄的形状模型，所述形状模型可以是圆形或矩形，所述原边能量发射线圈L₁和原边能量中转线圈L₂组成原边线圈，所述副边能量中转线圈L₃和副边能量拾取线圈L₄组成副边线圈；

步骤2：确定原边线圈与副边线圈间的气隙间距h、原边线圈的面积S₁和副边线圈的面积S₂，以及利兹线的外径d，其中，S₁＝a₁×b₁，a₁为原边能量发射线圈L₁和原边能量中转线圈L₂的总体长度，b₁为原边能量发射线圈L₁和原边能量中转线圈L₂的总体宽度，S₂＝a₂×b₂，a₂为副边能量中转线圈L₃和副边能量拾取线圈L₄的总体长度，b₂副边能量中转线圈L₃和副边能量拾取线圈L₄的总体宽度；

步骤3：设原边能量发射线圈L₁匝数为N₁，宽度为l₁，原边能量中转线圈L₂匝数为N₂，宽度为l₂，副边能量中转线圈L₃匝数为N₃，宽度为l₃，副边能量拾取线圈L₄匝数为N₄，宽度为l₄，给定初始数值l₁＝l₂＝l₃＝l₄＝10mm，N₁＝N₂＝N₃＝N₄＝1，设置匝数步长ΔN，宽度步长Δl；

步骤4：根据N₃和N₄的初始值，判断是否满足条件：

当满足条件时，N₃和N₄不断增加ΔN，直到M₁₃＝0，M₂₄＝0，

当不满足条件时，l₃和l₄增加Δl后，重置N₃，即N₃＝1，再判断是否满足上述条件，直到满足条件时停止；

步骤5：观测各线圈之间的互感，设定原边能量中转线圈L₂与副边能量中转线圈L₃之间的互感M₂₃、原边能量发射线圈L₁与副边能量拾取线圈L₄之间的互感M₁₄在正对时的互感相同，为M，判断是否满足条件：

当满足条件时，记录当前线圈的所有参数，记为C_n(n＝1，2，3……)，

当不满足条件时，N₁和N₂不断增加ΔN，再判断是否满足条件：

当满足条件时，重置N₃和l₃，以及N₄和l₄，即N₃＝1，l₃＝10mm，N₄＝1，l₄＝10mm，再返回步骤4进行判断，

当不满足条件时，l₁和l₂增加Δl后，重置N₁、N₃和l₃，以及N₂、N₄和l₄，即N₁＝N₃＝1，l₃＝10mm，N₂＝N₄＝1，l₄＝10mm，再返回步骤4进行判断，直到满足上述条件时停止；

步骤6：观测步骤5中C_n在不同偏移距离下的互感之间的变化曲线，将此时C_n对应的线圈之间在不同偏移距离下的各个互感参数带入输出电流公式：

其中，I_d是输出电流，ω为系统角频率，E为直流电压源的输出电压，根据上述公式，比较偏移距离，从而获得C_n最优值，以最优值对应的线圈参数进行各个线圈设计。