[发明专利]一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法

权利要求书

1.一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法，用于优化可重构电流型无线电能传输系统；所述的可重构电流型无线电能传输系统包括发送端和接收端；其特征在于：所述的接收端包括接收线圈L2、匹配电感Ls、匹配电容Cp、开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4和电容C2；所述接收线圈L2的一端通过开关管M4连接到负载RL的第一输入端，通过串联的匹配电感Ls和开关管M3连接到负载RL的第一输入端；接收线圈L2的另一端连接到负载RL的第二输入端；串联的匹配电容Cp、开关管M1并联在接收线圈L2、匹配电感Ls的两端或并联在接收线圈L2的两端；串联的匹配电容C2、开关管M2并联在接收线圈L2的两端；

该优化方法的具体步骤如下：

步骤一、建立系统最优负载阻抗Z_eqr,opt表达式和对应的最大传输效率η_max表达式分别如式(4)、式(5)所示：

其中，Q₁为发送线圈的品质因数；Q₂为接收线圈的品质因数；R_eqr,opt为系统最优负载值；Re(·)表示提取复数的实部；Im(·)表示提取复数的虚部；j为虚数单位；R₂为接收线圈L2自身的等效电阻；ω为工作角频率；k为耦合系数；

步骤二、阻抗匹配网络参数设计；

2-1若负载值R_LR_eqr,opt，阻抗匹配网络选择先并联电容C_p然后串联电感L_s的方式；此时，阻抗匹配网络和负载端的输入阻抗Z_eqr如式(6)所示；

其中，整合变量整合变量

为了消除接收端的无功损耗并实现最大功率传输，需使Z_eqr＝Z_eqr,opt，如式(7)所示；

计算匹配电容Cp的电容值C_p和匹配电感Ls的电感值L_s的值，如式(8)所示；

2-2.若负载值R_LR_eqr,opt，阻抗匹配网络选择先串联L_s然后并联C_p的方式；阻抗匹配网络和负载端的输入阻抗Z_eqr如式(9)所示；

为了消除接收端的无功损耗并实现最大功率传输，需使Z_eqr＝Z_eqr,opt，如式(10)所示；

计算匹配电容Cp的电容值C_p和匹配电感Ls的电感值L_s的值，如式(11)所示；

由此完成带阻抗匹配的可重构电流型无线电能传输系统的优化。

2.根据权利要求1所述的一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法，其特征在于：步骤一的具体过程如下：计算纯电阻网络下的接收端效率η_r如式(1)所示

其中，R_eqr为阻抗Z_eqr的实部；Z_eqr为从匹配电感Ls和匹配电容Cp组成的阻抗匹配网络看入的等效输入阻抗；

计算反射阻抗Z_rt的实部R_rt和发送线圈谐振时的发送端的传输效率η_t如式(2)所示：

其中，Z_rt为反射阻抗；L₁为发送线圈的电感值；L₂为接收线圈的电感值；

根据η_r和η_t计算整体传输效率η为式(3)：

根据发送线圈的品质因数Q₁＝ωL₁/R₁；接收线圈的品质因数Q₂＝ωL₂/R₂，换算得到系统最优负载阻抗Z_eqr,opt表达式和对应的最大传输效率η_max表达式分别如式(4)、式(5)所示。

3.根据权利要求1所述的一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法，其特征在于：所述的发送端包括串联的信号源、补偿电容C1和发送线圈L1。