[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

说明书

本发明公开了一种输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法，包括步骤：1)确定无线电能传输系统的组成；2)确定系统等效电路图，发射、接收线圈用互感模型等效，发射侧、接收侧二端口网络选择T型电路；3)确定发射侧、接收侧二端口网络的转移参数矩阵；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；5)根据支路参数关系和谐振工作条件，确定发射侧、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。本发明构造的系统输出电压具有负载无关性，且该特性不受线圈距离变化的影响。

技术领域

本发明涉及无线电能传输的技术领域，尤其是指一种输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法。

背景技术

无线电能传输技术摆脱了导线的束缚，具有低维护、可靠、灵活和环境友好等优良特性，已经广泛应用在消费电子产品、植入式医疗设备、电动汽车等领域。应用无线电能传输技术给设备供电时，系统的输出电压随线圈距离和负载变化而变化，影响设备的可靠供电。目前，构造输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统主要通过补偿网络设计实现。但是，该方法在设计中把发射线圈和接收线圈用变压器模型等效，将发射侧补偿网络、发射线圈、接收线圈和接收侧补偿网络作为整体，用一个二端口网络表示，然后进行输出电压负载无关性的设计，使得补偿网络元器件参数跟传输距离有关。一旦传输距离变化，系统不能保持输出电压的负载无关性，同时系统没有工作在谐振状态，限制了系统的传输距离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法，该方法在构造目标系统时，等效电路图中发射线圈和接收线圈采用互感模型等效，设计时发射侧和接收侧各用一个二端口网络，使得T型电路具体元件参数跟传输距离无关，所构造出的系统实现输出电压负载无关性的同时，输出电压的负载无关特性不受传输距离影响。在确定T型电路具体实现形式时，以系统工作在谐振状态进行拓扑筛选，实现了所构造系统工作在谐振状态，提高了系统的传输距离。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：输出电压具有负载无关性的无线电能传输系统构造方法，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、支路2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；

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；