CN112531916A - 具有网状层叠式耦合机构的lcl-l型ec-wpt系统及其参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及EC‑WPT技术领域，具体公开了一种具有网状层叠式耦合机构的LCL‑L型EC‑WPT系统及其参数设计方法，网状层叠式耦合机构包括顺序排列的极板P₁、P₂、P₄、P₃，间距d₁₂的极板P₁和P₂相对设置构成电能发射极板，间距d₃₄的极板P₃和P₄相对设置构成电能接收极板；电能发射极板与电能接收极板之间形成的传输距离为d₂₄；极板P₂和P₄采用平面网状金属面板结构；极板P₁和P₃采用平面实心金属面板结构；极板P₂和P₄的外尺寸小于或等于极板P₁和P₃的外尺寸。本发明对采用新型网状耦合机构的系统进行仿真，结果显示，与同样尺寸大小的非网格状耦合机构LCL‑L型EC‑WPT系统相比，在输入电压、频率和负载相同的条件下，在效率基本相同的情况下，本系统输出功率能够得到大大提升。

Description

具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统及其参数设 计方法

技术领域

本发明涉及EC-WPT(电场耦合无线电能传输)技术领域，尤其涉及一种具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统及其参数设计方法。

背景技术

无线电能传输技术是一种综合利用了电力电子技术和现代控制理论并通过磁场、电场、微波和激光等载体来实现电能无线传输的技术。电场耦合无线电能传输(EC-WPT)技术，是一种以高频电场作为能量传输载体，实现无直接电气连接的电能传输技术，电场耦合机构一般由四块金属电极构成，其结构简易轻薄、形状易变；在工作状态中，电场耦合机构的绝大部分电通量分布于电极之间，对周围环境的电磁干扰很小；当接收电极和发射电极之间存在金属时，可以跨越金属进行传能。

层叠式耦合机构主要由四个金属极板层叠放置构成，极板之间产生交叉耦合，在高频电场的作用下形成位移电流，实现能量的无线传输。采用该耦合机构可以节省空间，但目前采用层叠式耦合机构的EC-WPT仍然存在很多需要解决的问题，例如由于系统的互电容较小，通常处于pF级别，所以多用于低功率的场合，因此提高系统的输出功率和能量传输效率是重要的研究方向。

发明内容

本发明提供具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统及其参数设计方法，解决的技术问题在于：在耦合机构尺寸相同的情况下，如何通过设计EC-WPT系统的耦合结构和系统参数，来提高EC-WPT系统的输出功率，同时保持能量传输效率基本不变。

为解决以上技术问题，本发明提供一种具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，设有网状层叠式耦合机构；所述网状层叠式耦合机构包括顺序排列的极板P₁、P₂、P₄、P₃，间距d₁₂的极板P₁和P₂相对设置构成电能发射极板，间距d₃₄的极板P₃和P₄相对设置构成电能接收极板；所述电能发射极板与所述电能接收极板之间形成的传输距离为d₂₄；极板P₂和P₄采用平面网状金属面板结构；极板P₁和P₃采用平面实心金属面板结构；极板P₂和P₄的尺寸小于或等于极板P₁和P₃的尺寸。

可选地，极板P₂和P₄的尺寸相同，极板P₁和P₃的尺寸相同。

具体的，具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括顺序连接的供电电源E_dc、逆变电路、LCL型谐振网络和所述电能发射极板，所述电能接收端包括顺序连接的所述电能接收极板、L型谐振网络、整流滤波电路和负载电阻R_L；

所述LCL型谐振网络包括串联在所述全桥型逆变器的一交流输出端和极板P₂的一侧之间的谐振电感L₁和L₂，以及连接在谐振电感L₁和L₂的连接端和极板P₁的一侧之间的谐振电容C₁，极板P₁的一侧还连接所述全桥型逆变器的另一交流输出端；

所述L型谐振网络采用谐振电感L₃，极板P₄的一侧通过谐振电感L₃连接所述整流滤波电路，极板P₃的一侧直接连接所述整流滤波电路。

优选的，所述逆变电路为4个MOSFET S₁-S₄组成的全桥型逆变器，所述整流滤波电路为4个二极管D₁-D₄组成的全桥整流器与滤波电容C_f并联而成。

进一步的，所述网状层叠式耦合机构等效为六个交叉耦合电容C₁₂、C₃₄、C₁₃、C₂₄、C₂₃、C₁₄，其中，C₁₂为极板P₁与P₂构成的电容，位于所述电能发射端；C₃₄为极板P₃与P₄构成的电容，位于所述能量接收端；C₁₃为极板P₁与P₃构成的电容，C₂₄为极板P₂与P₄构成的电容，C₁₃与C₂₄形成能量传输通道；C₂₃为极板P₂与P₃构成的电容，C₁₄为极板P₁与P₄构成的电容；所述整流滤波电路连同负载电阻R_L等效为等效负载电阻R_eq＝8R_L/π²。

进一步的，谐振电感L₂等效为电感L₂₁和电感L₂₂的串联，令：

则，所述网状层叠式耦合机构等效为由等效电容C_M、C₁₁和C₂₂组成的π型电路；谐振电感L₁、谐振电感L₂、等效电容C_M、谐振电感L₃、等效负载电阻R_eq顺序连接在逆变电路输出的脉冲电压源u_i的一端和另一端之间，等效电容C₁₁的一端连接等效电容C_M与谐振电感L₂的共同连接端，等效电容C₂₂的一端连接等效电容C_M与谐振电感L₃的共同连接端，等效电容C₁₁的另一端和等效电容C₂₂的另一端连接所述脉冲电压源u_i的另一端。

优选的，在传输能量的过程中，该系统应处于谐振状态，且满足以下谐振关系：

式(2)中，ω为系统谐振角频率；

当该系统处于谐振状态，且L₁远小于L₂时，系统的输出电压V_o和输出功率P_o为：

V_in表示系统的输入电压，I_o表示系统的输出电流；

结合式(2)和式(3)，将式(4)改写为：

令k＝C_M/C₂₂，由于C₁₁＝C₂₂，则式(5)改写为：

从式(6)看出，增大a或减小C₁₁都能够使输出功率P_o增大，而a和C₁₁的值只与所述网状层叠式耦合机构有关。

本发明还提供一种具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计方法，包括步骤：

根据应用需求确定上述具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的输出功率P_o、等效负载电阻R_eq和频率f；

根据应用需求确定P₁、P₂、P₃和P₄的外尺寸；

根据应用需求确定间距d₁₂、d₃₄及传输距离d₂₄；

在有限元仿真软件中改变极板P₂和P₄的网孔参数d进行仿真，结合式(2)、式(5)和式(6)，得到极板外尺寸、极板间距和传输距离既定的所述网状层叠式耦合机构下，a和C₁₁随d的变化曲线；

当P_o、R_eq、f、L₁和V_in确定之后，根据式(6)得到a和C₁₁的关系，在所述变化曲线中可对映出一组参数d，从而确定参数d的取值；

确定极板尺寸以及网孔参数d之后，得到C_M、C₁₁、C₂₂的值，结合式(2)的谐振关系确定C₁、L₂和L₃。

优选的，极板P₁、P₂、P₃和P₄均为正方形极板，极板P₂和P₄设有的网孔均为正方形网孔，参数d为正方形网孔的边长。

优选的，正方形极板P₁和P₃的外部边长为l₁，正方形极板P₂和P₄的外部边长为l₂，l₂取1/2～3/4倍l₁。

为增大EC-WPT系统输出功率，同时保持较高的能量传输效率，本发明设计了一种基于LCL-L型EC-WPT系统的网状层叠式耦合机构，并给出了系统的参数设计方法。对采用新型网状耦合机构的系统进行仿真，结果显示，与同样尺寸大小的非网格状耦合机构LCL-L型EC-WPT系统相比，在输入电压、频率和负载相同的条件下，采用网状耦合机构LCL-L型EC-WPT系统，在效率基本相同的情况下，输出功率能够得到大大提升。

附图说明

图1是本发明实施例提供的网状层叠式耦合机构的结构图；

图2是本发明实施例提供的图1中极板P₂和极板P₄的平面图；

图3是本发明实施例提供的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的拓扑图；

图4是本发明实施例提供的图3所示系统的等效拓扑图；

图5是本发明实施例提供的图4所示系统的等效拓扑图；

图6是本发明实施例提供的a随正方形孔边长d的变化图；

图7是本发明实施例提供的C₁₁随正方形孔边长d的变化图；

图8是本发明实施例提供的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计流程图；

图9是本发明实施例提供的仿真系统模型的逆变输出电压电流的仿真波形图；

图10是本发明实施例提供的仿真系统模型的输出功率仿真波形图；

图11是本发明实施例提供的普通平板式非网状耦合机构的结构图；

图12是本发明实施例提供的具有非网状耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

为增大EC-WPT系统输出功率，同时保持较高的能量传输效率，本发明实施例提供了一种具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统及其参数设计方法。

本实施例提供的LCL-L型EC-WPT系统，如图1(a)的三维图和图1(b)的平面图所示，具有网状层叠式耦合机构(简称网状耦合机构或耦合结构)，该结构包括顺序排列的极板P₁、P₂、P₃和P₄(也称为P₁、P₂、P₃、P₄极板)，间距d₁₂的极板P₁和P₂相对设置构成电能发射极板，间距d₃₄的极板P₃和P₄相对设置构成电能接收极板；电能发射极板与电能接收极板之间形成的传输距离为d₂₄；极板P₂和P₄的尺寸相同，极板P₁和P₃的尺寸相同。

与普通的耦合结构不同，极板P₂和P₄采用网孔规则分布的平面网状金属面板结构，即在极板中间留有大小相同、边长为d的正方形孔。

极板P₁和P₃采用平面实心金属面板结构。

此外，四块极板P1、P₂、P₃和P₄除了设计为矩形，也可以设置为圆形或者其他形状，本实施例采用正方形极板；P₂和P₄中间的正方形孔也可换成圆形孔或者其他形状孔，本实施例采用正方形孔。同时，P₂和P₄极板外尺寸可以小于P₁和P₃极板外尺寸，也可以与P₁和P₃极板外尺寸一样大，本实施例以P₂和P₄极板外尺寸小于P₁和P₃极板外尺寸为例进行分析。在极板材料方面，可采用铜、铝等导电金属材料。

整体而言，本实施例提供的LCL-L型EC-WPT系统，如图3所示，包括电能发射端和电能接收端，电能发射端包括顺序连接的供电电源E_dc、逆变电路、LCL型谐振网络和电能发射极板，电能接收端包括顺序连接的电能接收极板、L型谐振网络、整流滤波电路和负载电阻R_L；

LCL型谐振网络包括串联在全桥型逆变器的一交流输出端和极板P₂的一侧之间的谐振电感L₁和L₂，以及连接在谐振电感L₁和L₂的连接端和极板P₁的一侧之间的谐振电容C₁，极板P₁的一侧还连接全桥型逆变器的另一交流输出端；

L型谐振网络采用谐振电感L₃，极板P₄的一侧通过谐振电感L₃连接整流滤波电路，极板P₃的一侧直接连接整流滤波电路。

其中，逆变电路为4个MOSFET S₁-S₄组成的全桥型逆变器，整流滤波电路为4个二极管D₁-D₄组成的全桥整流器与滤波电容C_f并联而成。系统的供电电源由直流电源E_dc提供，其他实施方式可以由交流电整流滤波之后提供。

该系统的直流电压经逆变电路转换为高频交流电注入LCL型谐振网络，电压经过LCL型谐振网络升压得到正弦高电压，作为耦合机构激励电压，同时LCL型谐振网络可滤除电流中的高次谐波，降低电路中的无功功率。耦合机构的电能发射极板与电能接收极板在交互电场的作用下产生位移电流，实现极板之间能量的传输。电能接收端补偿电感L₃进一步补偿耦合机构无功功率，最后经过全桥整流器和滤波电容C_f，为负载电阻R_L提供电能，实现电能的无线传输。

在进行系统的参数设计前，需要对图3所示系统进行简化。

如图1(b)及图4所示，网状层叠式耦合机构等效为六个交叉耦合电容C₁₂、C₃₄、C₁₃、C₂₄、C₂₃、C₁₄，其中，C₁₂为极板P₁与P₂构成的电容，位于电能发射端；C₃₄为极板P₃与P₄构成的电容，位于能量接收端；C₁₃为极板P₁与P₃构成的电容，C₂₄为极板P₂与P₄构成的电容，C₁₃与C₂₄形成能量传输通道；C₂₃为极板P₂与P₃构成的电容，C₁₄为极板P₁与P₄构成的电容；整流滤波电路连同负载电阻R_L等效为等效负载电阻R_eq＝8R_L/π²。在图3中还可以看到由谐振电感L₁、L₂和谐振电容C₁构成的LCL型谐振网络，LCL型谐振网络与谐振电感L₃构成LCL-L型谐振网络。u_i表示逆变电路输出的脉冲电压源。

经过进一步简化可以得到如图5所示π型等效电路。

图4中电感L₂可以等效为电感L₂₁和电感L₂₂的串联，等效电容C_M、C₁₁和C₂₂的计算方法为：

由现有技术可知，系统在传输能量的过程中，该系统应处于谐振状态，且满足以下谐振关系：

式中ω为系统谐振角频率。当系统处于谐振状态，且L₁远小于L₂时，系统的输出电压和输出功率为：

V_in表示系统的输入电压，I_o表示系统的输出电流；

结合式(2)和式(3)，可将式(4)改写为：

令k＝C_M/C₂₂，由于C₁₁＝C₂₂，则式(5)可以改为：

从式(6)中可以看出，增大a或减小C₁₁都可以使输出功率增大，而a和C₁₁的值只与耦合机构有关。在有限元仿真软件comsol中对耦合机构进行仿真，得到交叉耦合电容，根据式(1)和式(6)可得到a和C₁₁的值随图2中正方形网孔边长d的变化分别如图6和图7所示。

从图6和图7中可以看到，在网状耦合机构中，正方形孔边长d的增大，即孔的面积增大时，a逐渐增大，C₁₁逐渐减小。结合式(6)可看出，当系统频率f、电感L₁和等效负载电阻R_eq确定时，输出功率随正方形孔边长增大而增大。同理，当网状耦合机构为圆形孔或其他形状孔时，输出功率随孔的面积增大而增大。

综合前文的分析，可得到系统参数设计方法的流程如图8所示。图8中：

①根据应用需求确定系统的输出功率P_o、等效负载电阻R_eq和频率f；

②根据实际需求确定图1所示耦合机构P₁和P₃极板的外部边长l₁；根据应用需求确定P₁-P₂间距离d₁₂、P₁-P₂间距离d₃₄及传输距离d₂₄；

③根据查阅资料知，只有当L₁远小于L₂时式(3)才能成立，所以L₁值一般取2～6uH为宜，从而可确定L₁的初始值；

④当耦合机构外尺寸固定之后，在有限元仿真软件中改变正方形孔边长d进行仿真，结合式(2)、式(5)和式(6)，得到该尺寸下a和C₁₁随d的变化曲线，类似图6和图7所示；

⑤当P_o、R_eq、f、L₁和V_in确定之后，可根据式(6)得到a和C₁₁的关系，在图6和图7中可对映出一组正方形网孔边长d，从而确定正方形网孔边长d的取值；

⑥确定极板尺寸以及网孔边长d之后，得到C_M、C₁₁、C₂₂的值，结合式(2)的谐振关系确定C₁、L₂和L₃。

根据经验可知，在正方形极板层叠式耦合机构中，当P₂和P₄极板的外部边长l₂等于1/2倍l₁时，可以使得C_M值达到最大，但方案中由于极板中间有孔，所以l₂取1/2～3/4倍l₁为宜，从而可确定P₂和P₄极板的外部边长l₂。

对于所有规则形状的网状层叠式耦合机构，其所在的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计方法可总结如下：

根据应用需求确定系统的输出功率P_o、等效负载电阻R_eq和频率f；

根据应用需求确定极板P₁、P₂、P₃和P₄的外尺寸；

根据应用需求确定间距d₁₂、d₃₄及传输距离d₂₄；

在有限元仿真软件中改变极板P₂和P₄的网孔参数d进行仿真，结合式(2)、式(5)和式(6)，得到极板外尺寸、极板间距和传输距离既定的网状层叠式耦合机构下，a和C₁₁随d的变化曲线；

当P_o、R_eq、f、L₁和V_in确定之后，根据式(6)得到a和C₁₁的关系，在变化曲线中可对映出一组参数d，从而确定参数d的取值；

确定极板尺寸以及网孔参数d之后，得到C_M、C₁₁、C₂₂的值，结合式(2)的谐振关系确定C₁、L₂和L₃。

下面进行仿真验证。

为验证本实施例所提出的耦合机构及系统参数设计方法的可行性和有效性，根据图3的电路拓扑，通过LT-spice建立系统仿真模型。根据图1和2的网状层叠式耦合机构，结合图8所示的参数设计方法，设计出一组矩形网状耦合机构的具体尺寸如表1所示。在Comsol中仿真得到交叉耦合电容如表2所示，根据参数设计方法确定系统参数如表3所示。

表1网状耦合机构参数

表2网状耦合机构交叉耦合电容

表3网状耦合机构LCL-L型ECWPT系统参数

根据图3电路拓扑，在LT-spice中建立系统仿真模型，在仿真模型中确定了全桥逆变器中MOSFET的型号和全桥整流器中二极管的型号，并且根据经验设置了电感的内阻。

图9是系统中逆变输出后的电压电流仿真波形，可以看到电压和电流为同相位，说明系统处于ZPA状态，且电流波形无畸变。

图10为系统输出功率仿真波形，系统工作时输出功率为612W，此时系统输入功率为690W，系统能量传输效率为88.7％。

为了证明该耦合机构的优越性，本实施例采用非网格状耦合机构进行仿真作为对照，如图11所示，该耦合机构中P₁-P₃、P₂-P₄边长分别为l₁、l₂，其值与图1的网状耦合机构相同，各个极板之间的距离也与网状耦合机构一致，具体参数如表1所示，差别在于图11中的P₂和P₄采用普通的非网络状平板式。

Comsol仿真得到交叉耦合电容如表4所示，仿真时采用与网状耦合机构一样的LCL-L型拓扑，并且输入电压V_in、负载R_eq、频率f和电感L₁都与之前相同，各个参数满足式(2)谐振关系，此时系统工作在最佳状态，仅有耦合机构、与耦合机构相连的补偿电感发生改变，表5中给出了网状和非网状耦合机构的参数对比图。

表4普通耦合机构交叉耦合电容

表5网状/非网状耦合机构的EC-WPT系统参数

将表5非网状耦合机构对应的参数带入仿真电路中，可得到仿真结果图12所示，从图12中可以看出系统输出功率为355W，此时系统输入功率为402W，可得到系统效率为88.1％。

从图12中结果可以看到，对于相同外尺寸大小的耦合机构，都采用LCL-L型补偿拓扑，且输入电压V_in、负载R_eq、频率f和电感L₁相同，当P₂和P₄极板为网格状时，补偿电感有少许增大，系统输出功率可以得到有效提升。以方案中的正方形网孔且边长为50mm为例，对比普通平板式耦合机构，P₂和P₄极板采用网格状提升了257W的输出功率，即提升了接近70％的输出功率，并且系统效率有略微提升。

综上，为增大EC-WPT系统输出功率，同时保持较高的能量传输效率，本实施例设计了一种基于LCL-L型EC-WPT系统的网状层叠式耦合机构，并给出了系统的参数设计方法。对采用新型网状耦合机构的系统进行仿真，结果显示对比同样尺寸大小的非网格状耦合机构LCL-L型EC-WPT系统，在输入电压、频率和负载相同的条件下，采用网状耦合机构LCL-L型EC-WPT系统，在效率基本相同的情况下，输出功率能够得到大大提升。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于，设有网状层叠式耦合机构；所述网状层叠式耦合机构包括顺序排列的极板P₁、P₂、P₄、P₃，间距d₁₂的极板P₁和P₂相对设置构成电能发射极板，间距d₃₄的极板P₃和P₄相对设置构成电能接收极板；所述电能发射极板与所述电能接收极板之间形成的传输距离为d₂₄；极板P₂和P₄采用平面网状金属面板结构；极板P₁和P₃采用平面实心金属面板结构；极板P₂和P₄的尺寸小于或等于极板P₁和P₃的尺寸。

2.根据权利要求1所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于，极板P₂和P₄的尺寸相同，极板P₁和P₃的尺寸相同。

3.如权利要求1或2所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，包括电能发射端和电能接收端，其特征在于：所述电能发射端包括顺序连接的供电电源E_dc、逆变电路、LCL型谐振网络和所述电能发射极板，所述电能接收端包括顺序连接的所述电能接收极板、L型谐振网络、整流滤波电路和负载电阻R_L；

所述LCL型谐振网络包括串联在所述全桥型逆变器的一交流输出端和极板P₂的一侧之间的谐振电感L₁和L₂，以及连接在谐振电感L₁和L₂的连接端和极板P₁的一侧之间的谐振电容C₁，极板P₁的一侧还连接所述全桥型逆变器的另一交流输出端；

所述L型谐振网络采用谐振电感L₃，极板P₄的一侧通过谐振电感L₃连接所述整流滤波电路，极板P₃的一侧直接连接所述整流滤波电路。

4.如权利要求3所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于：所述逆变电路为4个MOSFET S₁-S₄组成的全桥型逆变器，所述整流滤波电路为4个二极管D₁-D₄组成的全桥整流器与滤波电容C_f并联而成。

5.如权利要求3所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于：所述网状层叠式耦合机构等效为六个交叉耦合电容C₁₂、C₃₄、C₁₃、C₂₄、C₂₃、C₁₄，其中，C₁₂为极板P₁与P₂构成的电容，位于所述电能发射端；C₃₄为极板P₃与P₄构成的电容，位于所述能量接收端；C₁₃为极板P₁与P₃构成的电容，C₂₄为极板P₂与P₄构成的电容，C₁₃与C₂₄形成能量传输通道；C₂₃为极板P₂与P₃构成的电容，C₁₄为极板P₁与P₄构成的电容；所述整流滤波电路连同负载电阻R_L等效为等效负载电阻R_eq＝8R_L/π²。

6.如权利要求5所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于，谐振电感L₂等效为电感L₂₁和电感L₂₂的串联，令：

则，所述网状层叠式耦合机构等效为由等效电容C_M、C₁₁和C₂₂组成的π型电路；谐振电感L₁、谐振电感L₂、等效电容C_M、谐振电感L₃、等效负载电阻R_eq顺序连接在逆变电路输出的脉冲电压源u_i的一端和另一端之间，等效电容C₁₁的一端连接等效电容C_M与谐振电感L₂的共同连接端，等效电容C₂₂的一端连接等效电容C_M与谐振电感L₃的共同连接端，等效电容C₁₁的另一端和等效电容C₂₂的另一端连接所述脉冲电压源u_i的另一端。

7.如权利要求6所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统，其特征在于，在传输能量的过程中，该系统应处于谐振状态，且满足以下谐振关系：

式(2)中，ω为系统谐振角频率；

当该系统处于谐振状态，且L₁远小于L₂时，系统的输出电压V_o和输出功率P_o为：

V_in表示系统的输入电压，I_o表示系统的输出电流；

结合式(2)和式(3)，将式(4)改写为：

令k＝C_M/C₂₂，由于C₁₁＝C₂₂，则式(5)改写为：

从式(6)看出，增大a或减小C₁₁都能够使输出功率P_o增大，而a和C₁₁的值只与所述网状层叠式耦合机构有关。

8.具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计方法，其特征在于，包括步骤：

根据应用需求确定权利要求7所述系统的输出功率P_o、等效负载电阻R_eq和频率f；

根据应用需求确定极板P₁、P₂、P₃和P₄的外尺寸；

根据应用需求确定间距d₁₂、d₃₄及传输距离d₂₄；

在有限元仿真软件中改变极板P₂和P₄的网孔参数d进行仿真，结合式(2)、式(5)和式(6)，得到极板外尺寸、极板间距和传输距离既定的所述网状层叠式耦合机构下，a和C₁₁随d的变化曲线；

当P_o、R_eq、f、L₁和V_in确定之后，根据式(6)得到a和C₁₁的关系，在所述变化曲线中可对映出一组参数d，从而确定参数d的取值；

确定极板尺寸以及网孔参数d之后，得到C_M、C₁₁、C₂₂的值，结合式(2)的谐振关系确定C₁、L₂和L₃。

9.如权利要求8所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计方法，其特征在于：极板P₁、P₂、P₃和P₄均为正方形极板，极板P₂和P₄设有的网孔均为正方形网孔，参数d为正方形网孔的边长。

10.如权利要求9所述的具有网状层叠式耦合机构的LCL-L型EC-WPT系统的参数设计方法，其特征在于：

正方形极板P₁和P₃的外部边长为l₁，正方形极板P₂和P₄的外部边长为l₂，l₂取1/2～3/4倍l₁。

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