高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
專(zhuān)利匯可以提供高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法專(zhuān)利檢索，專(zhuān)利查詢，專(zhuān)利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開(kāi)了高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，涉及一種應(yīng)用于無(wú)線 電能 傳輸?shù)碾p正向并聯(lián)諧振線圈和單正向諧振線圈之間自由切換的制造方法。主要解決了無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)近距離 能量 傳輸時(shí)，由于 頻率 分裂的影響而導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸效率低下的問(wèn)題，并且能夠保持系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離能量傳輸時(shí)的傳輸效率。設(shè)計(jì)了一種雙層繞制的發(fā)射線圈，即在原有 單層 單向繞制發(fā)射線圈的內(nèi)部空間以相同方向繞制具有一定 匝 數(shù)內(nèi)部線圈，使外部線圈和內(nèi)部線圈“頭頭相連，尾尾相連”組成雙正向并聯(lián)結(jié)構(gòu)。內(nèi)部線圈和外部線圈之間由一個(gè) 開(kāi)關(guān) 相連接，使得雙正向并聯(lián)諧振線圈和單正向諧振線圈之間自由切換。近距離能量傳輸時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，雙正向并聯(lián)線圈作為發(fā)射線圈，抑制頻率分裂；遠(yuǎn)距離能量傳輸時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，單正向線圈作為發(fā)射線圈，保障傳輸效率。，下面是高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法專(zhuān)利的具體信息內(nèi)容。
1.高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是：它由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
步驟一、WPT/MRC系統(tǒng)發(fā)射端為雙正向并聯(lián)線圈，即雙正向并聯(lián)線圈作為發(fā)射線圈；接收端為單向線圈，即單向線圈作為接收線圈；雙正向并聯(lián)線圈由兩個(gè)繞線方向相同，半徑不同的線圈“頭頭相連，尾尾相連”并聯(lián)組成；半徑小的線圈嵌在半徑大的線圈內(nèi)部，內(nèi)部線圈和外部線圈之間由一個(gè)開(kāi)關(guān)相連接；接收線圈為單向線圈，繞線方向和雙正向并聯(lián)線圈一致；所有線圈均為圓形螺旋線圈；將發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈同軸放置，并設(shè)定接收端單向線圈的半徑為rR，匝數(shù)為nR，設(shè)定發(fā)射端組成雙正向并聯(lián)線圈的兩個(gè)線圈半
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徑分別為rT和rT，其中rT＞rT；
步驟二、線圈自感公式為：
式中，μ0為真空磁導(dǎo)率(4π×10-7H/m)，r為線圈半徑，n為線圈匝數(shù)，a為導(dǎo)線半徑。
兩單匝圓線圈之間的互感公式為：
式中，r1，r2分別是兩單匝圓線圈的半徑，d為兩單匝圓線圈間的距離，K(k)和E(k)分別是第一類(lèi)和第二類(lèi)橢圓積分。
根據(jù)電路理論求出發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感：
式中，nT1和nT2分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的匝數(shù)，nR是接收端單向線圈匝數(shù)，rT1和rT2分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的半徑，其中rT1＞rT2，rR則是接收端單向線圈半徑，D為發(fā)射端兩個(gè)正向線圈與接收端單向線圈中心點(diǎn)之間的距離；LT1和LT2分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的自感；M12是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈之間的互感；M1(D)和M2(D)分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈和接收線圈之間的互感。
步驟三、通過(guò)求M(D)關(guān)于D的微分，得出公式：
根據(jù)雙正向并聯(lián)線圈和單向線圈的結(jié)構(gòu)，在確定發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的半徑后，可以求出兩個(gè)正向線圈的匝數(shù)比。
步驟四、對(duì)兩正向線圈的匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)公式：
確定發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間互感隨距離變化曲線的平坦程度，v越小則表示互感隨距離變化曲線越平坦；綜合考慮后，得出兩個(gè)正向線圈優(yōu)化匝數(shù)分別為nT1和nT2。
式中，D0為發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的初始距離，D1為兩線圈間互感取最大值是兩線圈間的距離。
步驟五、求出單個(gè)正向線圈(半徑大的)作為發(fā)射線圈的WPT/MRC系統(tǒng)傳輸效率達(dá)到最高時(shí)，收發(fā)線圈間的距離為：
其中a為導(dǎo)線半徑，μ0為真空磁導(dǎo)率(4π×10-7H/m),ω為角頻率，σ為磁導(dǎo)率，rT1為發(fā)射端正向線圈的半徑，rR則是接收端單向線圈半徑。
步驟六、當(dāng)傳輸距離小于Dm時(shí)，使用雙正向并聯(lián)線圈作為WPT/MRC系統(tǒng)的發(fā)射線圈，用來(lái)抑制頻率分裂，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率傳輸；當(dāng)傳輸距離大于Dm時(shí)，把半徑較小的正向線圈進(jìn)行斷路，使用半徑較大的正向線圈作為WPT/MRC系統(tǒng)的發(fā)射線圈，保持系統(tǒng)高效率傳輸。
步驟七、利用兩個(gè)可調(diào)電容，分別將收發(fā)線圈調(diào)諧在所用工作頻率，完成高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于接收端單向線圈的半徑rR和匝數(shù)nR的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)際充電目標(biāo)確定；組成發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈的兩正向線圈半徑rT1和rT2的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)信號(hào)源確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于組成發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈的兩正向線圈匝數(shù)nT1和nT2的設(shè)定方法是根據(jù)發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈之間的互感隨傳輸距離變化曲線的平坦程度確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是裝置包括發(fā)射線圈(由兩個(gè)同向線圈組成的雙正向并聯(lián)線圈)、接收線圈(與接收線圈同向的單向線圈)、可調(diào)電容C1和可調(diào)電容C2；以上所述線圈均為螺旋圓形線圈；
信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端與功率放大器的信號(hào)輸入端連接；所述功率放大器的正向輸出端子與可調(diào)電容C1的一端連接；所述可調(diào)電容C1的另一端分別與兩正向線圈的一端連接；
所述兩正向線圈“頭頭相連，尾尾相連”；所述半徑較大的正向線圈的另一端與功率放大器的負(fù)向輸出端子連接；所述半徑較小的正向線圈的另一端與開(kāi)關(guān)g的一端連接；所述開(kāi)關(guān)g的另一端與功率放大器的負(fù)向輸出端子連接；
所述發(fā)射端雙正向并聯(lián)線圈和接收端單向線圈相對(duì)同軸放置，且兩線圈中心點(diǎn)之間的距離為D，D為正數(shù)，所述接收端單向線圈的一端與負(fù)載的正向輸入端子連接；所述接收端單向線圈的另一端與可調(diào)電容C2的一端連接，所述可調(diào)電容C2的另一端與負(fù)載的負(fù)向端子連接。
高效正向并聯(lián)無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
具體實(shí)施方式
和rT分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的半徑，rR則是接收端單向線圈半徑，D為發(fā)射端兩個(gè)正向線圈與接收端單向線圈中心點(diǎn)之間的距離；LT1和LT2分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈的自感；M12是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈之間的互感；M1(D)和M2(D)分別是發(fā)射端兩個(gè)正向線圈和接收線圈之間的互感。
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