[发明专利]一种三线圈无线供电系统的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种三线圈无线供电系统的优化设计方法，搭建含有中继线圈的三线圈无线供电系统的等效模型；建立发射线圈、中继线圈以及接收线圈回路的基尔霍夫电压方程，确定电流与线圈间互感、线圈内阻的关系；根据盘式螺旋线圈互感、内阻与中继线圈参数的关系，确定电流随与中继线圈参数的关系；结合功率不变、效率提高以及中继线圈尺寸限制，选择中继线圈参数，完成三线圈无线供电系统的优化设计。本发明通过对中继线圈参数的设计，使得发射线圈和中继线圈的电流减小，从而降低了线圈的线径和重量，同时保证了功率不变、效率提高，克服了无线充电时发射线圈电流过大的缺点。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，特别涉及一种三线圈无线供电系统的优化设计方法。

背景技术

导线直接接触是电能传输的主要方式，但是这种方式不可避免的会产生传输损耗。同时线路老化、尖端放电也易导致电火花，大大降低设备供电的安全性。无线充电技术可以解决传统充电所面临的上述安全问题，已经引起研究者的高度重视。但是当发射线圈和接收线圈大小不匹配或者距离较远时，两线圈的互感较小，传输同样的功率需要发射线圈产生更大电流，这对前端驱动电源要求较高，实施起来有难度。在发射线圈和接收线圈之间加入中继线圈，可以增强三线圈之间的耦合，减小发射线圈电流。由于发射线圈的电流与中继线圈的参数有关，因此有必要对中继线圈参数进行优化设计，使发射线圈电流尽可能地减小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三线圈无线供电系统的优化设计方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三线圈无线供电系统的优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1、搭建含有中继线圈的三线圈无线供电系统的等效模型；

步骤2、建立发射线圈、中继线圈以及接收线圈回路的基尔霍夫电压方程，确定电流与线圈间互感、线圈内阻的关系；

步骤3、根据盘式螺旋线圈互感、内阻与中继线圈参数的关系，确定电流随与中继线圈参数的关系；

步骤4、结合功率不变、效率提高以及中继线圈尺寸限制，选择中继线圈参数，完成三线圈无线供电系统的优化设计。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过对中继线圈参数的设计，使得发射线圈和中继线圈的电流减小，从而降低了线圈的线径和重量，同时保证了功率不变、效率提高，克服了无线充电时发射线圈电流过大的缺点。

附图说明

图1是本发明三线圈无线供电系统的优化设计方法的流程图。

图2是本发明三线圈无线电能传输系统的结构图。

图3是本发明三线圈无线电能传输系统的等效电路图。

图4是两线圈结构与三线圈结构时发射线圈电流与发射线圈和接收线圈互感的关系图。

图5是本发明发射线圈、中继线圈的电流与中继线圈匝数、内径和匝间距的关系图。

图6是本发明实施例中发射线圈、中继线圈的输出电流波形和接收线圈的输出电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例，进一步说明本发明方案。

本发明针对盘式螺旋结构的无线供电系统，在接收线圈与发射线圈之间放置一个中继线圈，通过设计中继线圈参数，使得接收线圈电流(功率)保持不变的情况下发射线圈电流减小，以降低发射线圈的线径和重量，提高供电效率。

图2给出了一种含有中继线圈的三线圈无线电能传输系统的结构示例，当没有中继线圈时，对两线圈系统列写KVL回路方程，有：

根据式(1)，可以解得发射线圈和接收线圈的电流，如式(2)所示：