[发明专利]输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法

权利要求书

1.输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定无线电能传输系统的组成，包括交流电压源、发射侧二端口网络、发射线圈、接收线圈、接收侧二端口网络和交流等效负载；其中，所述发射线圈与发射侧二端口网络的输出端连接，所述发射侧二端口网络的输入端与交流电压源连接，所述接收线圈与接收侧二端口网络的输入端连接，所述接收侧二端口网络的输出端与交流等效负载连接；

2)确定系统等效电路图，具体是将发射线圈和接收线圈用互感模型等效，且发射侧二端口网络和接收侧二端口网络均选择T型电路，即有发射侧T型电路和接收侧T型电路；其中，所述互感模型中发射线圈自感为L₁、接收线圈自感为L₂，发射线圈与接收线圈互感为M；所述T型电路的支路1的一端、支路2的一端均和支路3的一端连接，支路1的另一端和支路2的另一端与二端口网络的输入端口对应，支路2的另一端和支路3的另一端与二端口网络的输出端口对应；发射侧T型电路的支路1、支路2和支路3对应的参数分别为Z_t1、Z_t2、Z_t3，接收侧T型电路的支路1、支路2和支路3对应的参数分别为Z_r1、Z_r2、Z_r3；

3)以发射线圈电流具有恒流特性为目标，确定发射侧二端口网络的转移参数矩阵以交流等效负载上的电压与负载大小无关为目标，确定接收侧二端口网络的转移参数矩阵其中，α_tmn表示发射侧二端口网络转移参数矩阵A_t中第m行第n列元素，α_rmn表示接收侧二端口网络转移参数矩阵A_r中第m行第n列元素，m、n取值为1～2；

将发射侧T型电路的支路3和与其串联的发射线圈自感L₁一起等效成支路3’，支路3’对应参数为Z_t3’，且Z_t3’＝Z_t3+jωL₁，j为虚数单位，ω为系统工作频率，也是发射侧和接收侧的谐振频率；以发射线圈电流具有恒流特性为目标，确定发射侧的支路1、支路2和支路3’构成的T型电路对应的二端口网络转移参数矩阵

将接收侧T型电路的支路1和与其串联的接收线圈自感L₂一起等效成支路1’，支路1’对应参数为Z_r1’，且Z_r1’＝Z_r1+jωL₂，以交流等效负载上的电压与负载大小无关为目标，确定接收侧的支路1’、支路2和支路3构成的T型电路对应的二端口网络转移参数矩阵

4)根据转移参数矩阵，确定T型电路中各支路参数之间的关系；

用T型电路参数表示的转移参数矩阵由α_t11＝0确定的发射侧T型电路参数满足Z_t1/Z_t2＝-1；用T型电路参数表示的转移参数矩阵由α_r12＝0确定的接收侧T型电路参数满足

5)根据支路参数关系和谐振工作条件，确定发射侧二端口网络和接收侧二端口网络的具体元件，进而得到输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统发射侧和接收侧拓扑，将得到的发射侧拓扑和接收侧拓扑结合，即可构成输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统；

根据实际接收侧参数Z_r1’有零、容性、感性三种情况，分别如下：

第一种情况，Z_r1’为零，选择Z_r1’对应电容C₂和接收线圈自感L₂串联，且参数满足为保证接收侧谐振，选择Z_r2为开路，Z_r3为零；

第二种情况，Z_r1’为感性，选择Z_r1’对应接收线圈自感L₂，Z_r2、Z_r3分别对应电感L₃和电容C₂，且参数满足或选择Z_r1’对应接收线圈自感L₂，Z_r2、Z_r3分别对应电容C₂和电感L₃，且参数满足或选择Z_r1’对应接收线圈自感L₂，Z_r2、Z_r3分别对应电容C₂和电容C₃，且参数满足

第三种情况，Z_r1’为容性，选择Z_r1’对应电容C₂和接收线圈自感L₂串联，等效电容C'₂满足Z_r2和Z_r3分别对应电感L₃和电容C₃，且参数满足或选择Z_r1’对应电容C₂和接收线圈自感L₂串联，等效电容C'₂满足Z_r2和Z_r3分别对应电容C₃和电感L₃，且参数满足或选择Z_r1’对应电容C₂和接收线圈自感L₂串联，等效电容C'₂满足Z_r2和Z_r3分别对应电感L₃和电感L₄，且参数满足

2.根据权利要求1所述的输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法，其特征在于：在步骤5)中，根据步骤4)确定的发射侧参数关系Z_t1/Z_t2＝-1，选择参数Z_t1对应电感L_t，Z_t2对应电容C_t，且参数满足同时为了保证发射线圈工作在谐振状态，Z_t3’采用电容C₁与线圈自感L₁串联谐振，即