[发明专利]一种磁耦合共振无线能量传输系统功率匹配设计方法

摘要

本发明公开了一种磁耦合共振无线能量传输系统优化设计的功率匹配方法，包括以下步骤：一、建立磁耦合共振无线能量传输系统的等效二端口网络模型；二、利用功率波方法分析该二端口网络模型的特性；三、定义磁耦合共振无线能量传输系统的功率传输效率，从而得到系统的功率匹配条件，为工程优化设计提供指导方法。本发明的优点：一是物理意义明确；二是计算过程简单、易于实现；三是实现了系统无线能量传输效率最大时负载上获取的功率也最大。

主权项

1.一种磁耦合共振无线能量传输系统优化设计的功率匹配方法，其特征是包括以下步骤：一、建立磁耦合共振无线能量传输系统的等效二端口网络功率波模型：在包括高频电源、发射线圈、接收线圈、第一、第二调谐电容、负载的磁耦合共振无线能量传输系统中，将高频电源通过串联第一谐振电容连接到发射线圈两端，接收线圈通过串联第二谐振电容连接到负载两端从而建立所述系统的等效二端口网络功率波模型，其中发射线圈、接收线圈、第一、第二调谐电容构成二端口网络，第一端口的两个端点位于高频电源的两端，第二端口的两个端点位于负载的两端；二、在所述等效二端口网络功率波模型中，将二端口网络及负载作为等效负载，将电源及二端口网络作为等效电源，定义等效负载的反射系数为，等效电源的反射系数为，其中分别表示第一端口处的入射和反射功率波，分别表示第二端口处的入射和反射功率波，为等效电源的原功率波；三、定义磁耦合共振无线能量传输系统的功率传输效率，从而得到系统的功率匹配条件：1）利用功率波表示方法，将高频电源的输出功率定义为（1）式中，为高频电源的反射系数为，为高频电源的输出阻抗，为特性阻抗；分别是的相位，是高频电源的原功率波；由于高频电源原功率波与反射系数是固定的，因此高频电源的输出功率由决定，当满足条件、时，的值最大，即当满足第一端口功率匹配条件时，高频电源输出功率最大，其最大值为（2）2）、利用功率波表示方法，将负载上获取的功率定义为（3）式中，为负载的反射系数，为负载阻抗，为特性阻抗；同理，当满足第二端口功率匹配条件时，负载上获取的功率最大，其最大值为（4）3）、将磁耦合共振无线能量传输系统的功率传输效率定义为负载获取功率与高频电源最大输出功率的比值，即（5）式中为等效二端口网络功率波模型的散射参数，表示第二端口连接特性阻抗时第一端口的反射系数，表示第二端口连接时从第一端口到第二端口的传输系数；4）当第一端口与第二端口同时满足功率匹配条件，即且时，系统的功率传输效率最大，此时负载上获得的功率也最大。