CN113408153A - 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法 - Google Patents

基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113408153A
CN113408153A CN202110845111.2A CN202110845111A CN113408153A CN 113408153 A CN113408153 A CN 113408153A CN 202110845111 A CN202110845111 A CN 202110845111A CN 113408153 A CN113408153 A CN 113408153A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
wireless power
relay
transmission system
power transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110845111.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113408153B (zh
Inventor
程瑜华
陈程
王明浩
王高峰
李文钧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Hangzhou Dianzi University Wenzhou Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Hangzhou Dianzi University Wenzhou Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University, Hangzhou Dianzi University Wenzhou Research Institute Co Ltd filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202110845111.2A priority Critical patent/CN113408153B/zh
Publication of CN113408153A publication Critical patent/CN113408153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113408153B publication Critical patent/CN113408153B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法。该工作频率优化方法如下：一、确定被优化无线电能传输系统谐振频率f，并根据谐振频率f获得谐振角频率w0。二、设定发送线圈的角频率为第一峰值角频率w2或第二峰值角频率w3。本发明通过反射阻抗原理建立了三线圈结构的效率计算方法，并据此在避免更改负载、线圈尺寸结构、距离等因素的情况下，仅仅通过调节体外的发射功率源的工作频率就实现了无线传输效率的提高。将其应用于植入式医疗时，能够在频率分裂现象导致效率降低的情况下，克服体内线圈难以调整参数的缺陷，实现植入式医疗的高效率无线供电。

Description

基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种优化无线电能传输中的工作频率，从而提升系统传输效率的方法。
背景技术
随着科技的进步，无线电能传输技术因其具有无需接触即可传输电能的特性，摆脱了电线连接的不便，在工业电子、植入式医疗电子、智能家居等领域引起广泛应用。尤其在植入式医疗领域中作用尤其显著，它帮助人们解决了植入式医疗器械供电需要定期手术更换体内电池，繁琐且易造成炎症感染、细胞坏死等其他损伤的难题。
在植入式医疗，为了保持稳定有效的电能供给，人们往往希望在有限的植入空间内获得高效率的能量传输。目前应用最广泛的无线能量传输方式是磁耦合谐振式无线能量传输技术。该传输技术利用高品质因数的谐振线圈作为收发天线，利用高频功率源的发射频率与发射和接收端线圈的谐振频率保持一致而达到共振，可以在中等传输距离内实现大功率和高效率能量传输，并且其受周围环境影响小，对人体较为安全。已有很多研究表明，在无线发射线圈和无线接收线圈中间加入中继线圈可以有效提高传输效率。因此可以在人体内植入中继线圈和接收线圈，在体外设置无线发送线圈，三线圈结构之间互相耦合连接，实现高效率的无线能量的供给。
一般地，当二线圈结构时，磁耦合谐振系统的工作频率近似为收发线圈的谐振频率时，传输效率最高，即传输效率与频率的曲线只有一个峰值。然而，三线圈结构的无线传输系统在实际应用中常常因为负载或者线圈间距离或者尺寸等各种因素的存在，出现频率分裂现象。所谓的频率分裂现象也就是磁耦合谐振的传输效率与频率曲线出现了多个峰值。当系统工作在谐振频率时，效率会大大降低。
目前针对这种现象而导致效率降低的很多改进方法是抑制频率分裂现象，比如阻抗匹配、改变线圈尺寸、改变线圈间距降低耦合，改变负载大小等。然而针对于植入式的无线电能传输系统，受限于人体内组织结构紧密排布，空间较小且容易受伤，人们不得不采用微小的无线传输装置并且尽量保证装置位置在人体内保持相对固定。因此并不能随意地更改线圈结构之间的距离、线圈尺寸，具体植入器件负载的大小也很难改变，不便于具体应用。
发明内容
为了克服现有的针对频率分裂现象而导致的效率低下的问题，本发明提供一种三线圈结构的频率优化方法来提高传输效率。通过计算和测量三线圈结构中可能出现的频率分裂点来调整发射源的工作频率，提高传输效率。
基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，具体步骤如下：
步骤一、确定被优化无线电能传输系统谐振频率f，并根据谐振频率f获得谐振角频率w0。
步骤二、设定发送线圈的角频率为第一峰值角频率w2或第二峰值角频率w3如式(9)所示。
Figure BDA0003180554930000021
其中，L3为接收线圈的电感值；R3为接收线圈的寄生电阻；RL为负载的阻抗；k23为中继线圈与接收线圈之间的耦合系数。
作为优选，所述的发送线圈、中继线圈和接收线圈均采用矩形的单匝印制方向线圈。发送线圈、中继线圈和接收线圈同轴设置。
作为优选，发送线圈、中继线圈和接收线圈均采用多匝圆形线圈。
作为优选，接收线圈的电感L3根据线圈电感值表达式计算，如式(1)所示。
Figure BDA0003180554930000022
其中，L为线圈电感值；μ0为自由空间的磁导率；w为线圈的线宽；t为线圈的导线厚度；d为线圈的直径。
作为优选，接收线圈的寄生电阻R3根据线圈寄生电阻值表达式计算，如式(2)所示。
Figure BDA0003180554930000023
其中，Rac为寄生电阻；δ为趋肤深度，表达式为
Figure BDA0003180554930000024
μ为导体的磁导率；σ为铜的电导率；
Figure BDA0003180554930000025
为第一类完全椭圆积分；
Figure BDA0003180554930000026
作为优选，计算被优化的无线电能传输系统的效率η如式(8)所示。
Figure BDA0003180554930000031
其中，ref12、ref13、ref23分别为发射线圈反射中继线圈的阻抗、发射线圈反射接收线圈的阻抗、中继线圈反射接收线圈的阻抗；Z1、Z2、Z3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的电路阻抗；RL为负载阻抗。
作为优选，发射线圈反射中继线圈的阻抗ref12，发射线圈反射接收线圈的阻抗ref13，中继线圈反射接收线圈的阻抗ref23和系统总反射阻抗refTo的表达式如式(6)所示。
Figure BDA0003180554930000032
Figure BDA0003180554930000033
Figure BDA0003180554930000034
Figure BDA0003180554930000035
作为优选，简化的发射线圈反射中继线圈的阻抗ref12，发射线圈反射接收线圈的阻抗ref13和中继线圈反射接收线圈的阻抗ref23的表达式如式(7)所示。
Figure BDA0003180554930000036
Figure BDA0003180554930000037
ref13＝0 (7)
作为优选，发送线圈与中继线圈之间的互感M12；中继线圈与接收线圈之间的互感M12；中继线圈与接收线圈之间的互感M23，根据两个线圈之间的互感的表达式计算，如式(3)所示
Figure BDA0003180554930000038
其中，a、c分别为两个线圈的导线半径；z为两个线圈之间的距离；μ0为自由空间的磁导率。
作为优选，发射线圈、中继线圈、接收线圈的阻抗Z1、Z2、Z3的表达式如式(4)所示：
Figure BDA0003180554930000041
其中，
Figure BDA0003180554930000042
I1、I2、I3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的工作电流；V为发射源的电压，其表达式如式(5)所示：
Figure BDA0003180554930000043
其中，j为虚数符号。
作为优选，被优化的无线电能传输系统包括谐振式无线电能发送电路、谐振式无线电能中继电路和谐振式无线电能接收电路。谐振式无线电能发送电路包括串联的发射源Vs、驱动源损耗Rs、外加电容C1和发射线圈L1。谐振式无线电能中继电路包括串联的中继线圈L2和外加电容C2。谐振式无线电能接收电路包括串联的接收线圈L3、外加电容C3和负载RL。
本发明具有的有益效果是：
本发明通过反射阻抗原理建立了三线圈结构的效率计算方法，并据此在避免更改负载、线圈尺寸结构、距离等因素的情况下，仅仅通过调节体外的发射功率源的工作频率就实现了无线传输效率的提高。将其应用于植入式医疗时，能够在频率分裂现象导致效率降低的情况下，克服体内线圈难以调整参数的缺陷，实现植入式医疗的高效率无线供电。
附图说明
图1为本发明中使用的单匝印制方向线圈的示意图；
图2为本发明的三线圈结构等效电路图；
图3为三线圈结构等效为二线圈结构的等效电路图；
图4为本发明的Matlab计算值，Hfss仿真值，实验结果随频率变化的对比曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的技术内容和优势更加清楚明了，下面结合附图对本发明作进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，被优化的三个线圈均为单匝印制方向线圈，其截面为矩形；如图1所示为平面线圈俯视图。
如图2所示，该优化方法对应的无线电能传输系统包括谐振式无线电能发送电路、谐振式无线电能中继电路和谐振式无线电能接收电路。谐振式无线电能发送电路包括发射源Vs、驱动源损耗Rs、外加电容C1和发射线圈L1。发射线圈L1具有寄生电阻R1。谐振式无线电能中继电路包括中继线圈L2和外加电容C2。中继线圈L2具有寄生电阻R2。谐振式无线电能接收电路包括接收线圈L3、外加电容C3和负载RL。接收线圈L3具有寄生电阻R3。
该优化方法的具体步骤如下：
步骤一、根据植入式医疗的具体的应用，将三线圈共轴放置，确定中继线圈与发送线圈的距离h12，中继线圈与接收线圈的距离h23，谐振频率f，以及三个线圈的线宽w、导线厚度t和直径d。
步骤二、毫米级植入式医疗中工作频率往往使用百兆赫兹级别的高频，此时的趋肤深度远远小于线圈的厚度t和直径d，电流分布和直流电流分布不同，因此由直流电流条件推导出矩形截面的方形单匝线圈在高频时可能不太准确。故使用下述电感公式来更准确地描述植入式医疗领域中的线圈电感值L，如式(1)所示。
Figure BDA0003180554930000051
其中，μ0是自由空间的磁导率。此公式一般适用百兆赫兹级别，且拟合时的数据来源中d小于或等于30mm。
可选的，线圈结构并不止于单匝的矩形印制线圈，也可为圆形的多匝线圈等其他形式的线圈，使用相适应的电感值。对于非植入式的大尺寸无线电能传输线圈结构出现的频率分裂现象同样可以适用。
步骤三、建立高频应用下的寄生电阻值Rac的表达式如式(2)所示。
Figure BDA0003180554930000052
其中，δ为趋肤深度，表达式为
Figure BDA0003180554930000053
μ为导体的磁导率，σ为铜的电导率，
Figure BDA0003180554930000054
为第一类完全椭圆积分。当
Figure BDA0003180554930000055
时，误差在4％以内。
步骤四、建立两个线圈之间的互感的表达式如式(3)。
Figure BDA0003180554930000056
Figure BDA0003180554930000061
其中，2a为第一个线圈的直径，2c为第二个线圈的直径，z为两个线圈之间的距离。根据此公式可以计算出发射线圈和中继线圈之间的互感M12，中继线圈和接收线圈之间的互感M23，发射线圈和接收线圈之间的互感M13。
步骤五、建立关于三个线圈的阻抗表达式。利用基尔霍夫定律，得到式(4)如下：
Figure BDA0003180554930000062
其中，Z1、Z2、Z3发射线圈、中继线圈、接收线圈的电路阻抗；
Figure BDA0003180554930000063
Figure BDA0003180554930000064
I1、I2、I3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的工作电流。V为发射源的电压。
由上式得到发射源的电压V的表达式如下：
Figure BDA0003180554930000065
其中，j为虚数符号。
定义refTo为电路的总反射阻抗，表达式为
Figure BDA0003180554930000066
包含中继线圈和接收线圈反射到发送线圈的总阻抗。
同理可得ref12，ref13和ref23，refij表示第j个线圈反射第i个线圈的阻抗，分别如下所示：
Figure BDA0003180554930000067
Figure BDA0003180554930000068
Figure BDA0003180554930000069
Figure BDA00031805549300000610
若发射线圈和接收线圈的距离较远，耦合能力较弱，可近似忽略，即M13＝0，此时，式(6)的表达式可简化为式(7)。
Figure BDA0003180554930000071
Figure BDA0003180554930000072
ref13＝0 (7)
那么整个系统的效率η可以用反射阻抗表示为式(8)。
Figure BDA0003180554930000073
其中，Re(·)为取实部运算。
步骤六、当
Figure BDA0003180554930000074
时，会出现频率的分裂现象。如图2和3所示，若将接收线圈的阻抗反射到中继线圈，则三线圈结构等效为二线圈结构。因此，令等效的中继线圈结构的阻抗虚部为0后，求解得到的三个角频率解w1、w2、w3如式(9)所示。
Figure BDA0003180554930000075
其中，w0是谐振角频率点，k23为中继线圈与接收线圈之间的耦合系数。此时，w2和w3分别在w1两侧；此时，将发送线圈的工作角频率设置为w2和w3时，发送线圈的工作效率将比谐振频率处的工作效率更高。将体外的发射功率源的工作角频率调整至w2或w3可以获得相比于谐振频率w1更高的传输效率。
为验证利用本发明优化工作频率而提高效率的效果。进行以下对比试验。
三个线圈的参数：选择三个相同的线圈尺寸；金属材料为铜；线圈直径为28mm；线宽为1mm；厚度为35um；谐振频率为103MHz，电容为27pf，负载使用并联的2050Ω；中继线圈距离发射线圈45mm，距离接收线圈15mm。最终可求得w2为109.5M，w3为97.512M。通过图4看出，计算出的结果与仿真和实验结果相比较为准确。之后通过调整工作频率至分裂点处可以优化频率，有效提升效率。

Claims (10)

1.基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：步骤一、确定被优化无线电能传输系统的谐振角频率w0；
步骤二、设定发送线圈的角频率为第一峰值角频率w2或第二峰值角频率w3如式(9)所示；
Figure FDA0003180554920000011
其中，L3为接收线圈的电感值；R3为接收线圈的寄生电阻；RL为负载的阻抗；k23为中继线圈与接收线圈之间的耦合系数。
2.根据权利要求1所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：所述的发送线圈、中继线圈和接收线圈均采用矩形的单匝印制方向线圈；发送线圈、中继线圈和接收线圈同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：接收线圈的电感L3根据线圈电感值表达式计算，如式(1)所示；
Figure FDA0003180554920000012
其中，L为线圈电感值；μ0为自由空间的磁导率；w为线圈的线宽；t为线圈的导线厚度；d为线圈的直径。
4.根据权利要求1或2所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：接收线圈的寄生电阻R3根据线圈寄生电阻值表达式计算，如式(2)所示；
Figure FDA0003180554920000013
其中，Rac为寄生电阻；δ为趋肤深度，表达式为
Figure FDA0003180554920000014
μ为导体的磁导率；σ为铜的电导率；
Figure FDA0003180554920000015
为第一类完全椭圆积分；
Figure FDA0003180554920000016
5.根据权利要求1所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：计算被优化的无线电能传输系统的效率η如式(8)所示；
Figure FDA0003180554920000021
其中，ref12、ref13、ref23分别为发射线圈反射中继线圈的阻抗、发射线圈反射接收线圈的阻抗、中继线圈反射接收线圈的阻抗；Z1、Z2、Z3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的电路阻抗；RL为负载阻抗。
6.根据权利要求5所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：发射线圈反射中继线圈的阻抗ref12，发射线圈反射接收线圈的阻抗ref13和中继线圈反射接收线圈的阻抗ref23的表达式如式(6)所示；
Figure FDA0003180554920000022
Figure FDA0003180554920000023
Figure FDA0003180554920000024
7.根据权利要求5所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：简化的发射线圈反射中继线圈的阻抗ref12，发射线圈反射接收线圈的阻抗ref13和中继线圈反射接收线圈的阻抗ref23的表达式如式(7)所示；
Figure FDA0003180554920000025
Figure FDA0003180554920000026
ref13＝0 (7)。
8.根据权利要求5、6或7所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：发送线圈与中继线圈之间的互感M12；中继线圈与接收线圈之间的互感M12；中继线圈与接收线圈之间的互感M23，根据两个线圈之间的互感的表达式计算，如式(3)所示
Figure FDA0003180554920000027
Figure FDA0003180554920000031
其中，a、c分别为两个线圈的导线半径；z为两个线圈之间的距离；μ0为自由空间的磁导率。
9.根据权利要求5、6或7所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：发射线圈、中继线圈、接收线圈的阻抗Z1、Z2、Z3的表达式如式(4)所示：
Figure FDA0003180554920000032
其中，
Figure FDA0003180554920000033
I1、I2、I3分别为发射线圈、中继线圈、接收线圈的工作电流；V为发射源的电压，其表达式如式(5)所示：
Figure FDA0003180554920000034
其中，j为虚数符号。
10.根据权利要求1或2所述的基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法，其特征在于：被优化的无线电能传输系统包括谐振式无线电能发送电路、谐振式无线电能中继电路和谐振式无线电能接收电路；谐振式无线电能发送电路包括串联的发射源Vs、驱动源损耗Rs、外加电容C1和发射线圈L1；谐振式无线电能中继电路包括串联的中继线圈L2和外加电容C2；谐振式无线电能接收电路包括串联的接收线圈L3、外加电容C3和负载RL。
CN202110845111.2A 2021-07-26 2021-07-26 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法 Active CN113408153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845111.2A CN113408153B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845111.2A CN113408153B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113408153A true CN113408153A (zh) 2021-09-17
CN113408153B CN113408153B (zh) 2022-04-19

Family

ID=77687629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110845111.2A Active CN113408153B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113408153B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113964954A (zh) * 2021-11-02 2022-01-21 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种植入式医疗设备的三线圈无线供电系统的优化方法
CN114598046A (zh) * 2022-04-25 2022-06-07 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于负载调制的双载波无线能量与数据同时传输方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170040696A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-09 Nucurrent, Inc. Single structure multi mode antenna having a unitary body construction for wireless power transmission using magnetic field coupling
CN110601378A (zh) * 2019-08-16 2019-12-20 南京理工大学 一种三线圈无线供电系统的优化设计方法
CN112448486A (zh) * 2020-11-17 2021-03-05 中国矿业大学 基于中继线圈补偿电容的三线圈无线电能传输系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170040696A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-09 Nucurrent, Inc. Single structure multi mode antenna having a unitary body construction for wireless power transmission using magnetic field coupling
CN110601378A (zh) * 2019-08-16 2019-12-20 南京理工大学 一种三线圈无线供电系统的优化设计方法
CN112448486A (zh) * 2020-11-17 2021-03-05 中国矿业大学 基于中继线圈补偿电容的三线圈无线电能传输系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张黎等: "新型三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统及其优化", 《高电压技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113964954A (zh) * 2021-11-02 2022-01-21 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种植入式医疗设备的三线圈无线供电系统的优化方法
CN114598046A (zh) * 2022-04-25 2022-06-07 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于负载调制的双载波无线能量与数据同时传输方法
CN114598046B (zh) * 2022-04-25 2024-05-31 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于负载调制的双载波无线能量与数据同时传输方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113408153B (zh) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113408153B (zh) 基于三线圈结构的无线电能传输系统的工作频率优化方法
Brizi et al. A compact magnetically dispersive surface for low-frequency wireless power transfer applications
CN103414261B (zh) 变耦合系数磁共振无线电能传输系统及方法
CN103414255B (zh) 一种自调谐磁耦合共振无线能量传输系统及其自调谐方法
Tan et al. Transfer efficiency optimal control of magnetic resonance coupled system of wireless power transfer based on frequency control
CN107482794B (zh) 一种用于无线电能传输的变径线圈设计方法
CN106340973B (zh) 基于超材料的可植入无线能量传输装置
CN103078415B (zh) 磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法
CN104682576A (zh) 添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统
CN103545940A (zh) 非对称在线式无线供电耦合器
de Freitas et al. A novel method for data and power transmission through metallic structures
CN110943544B (zh) 一种分数阶并联-串联型电磁场双耦合无线电能传输系统
Lan et al. Planar omnidirectional wireless power transfer system based on novel metasurface
Ali et al. Design and analysis of 2-coil wireless power transfer (WPT) using magnetic coupling technique
Moshfegh et al. Conditions of maximum efficiency for wireless power transfer between two helical wires
CN112383154A (zh) 一种曲面磁耦合式无线电能传输装置
Atallah Design of compact high efficient WPT system utilizing half ring resonators (HRRs) DGS for short range applications
Murakami et al. Effects of Q factor on wireless power transmission by magnetic resonant coupling
CN207939267U (zh) 非对称线圈结构磁耦合谐振无线电能传输系统
CN114759689B (zh) 无线供电装置
CN104682575A (zh) 一种添加双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统
CN110912277B (zh) 一种分数阶串联型电磁场双耦合无线电能传输系统
Mirbozorgi et al. A transcutaneous power transfer interface based on a multicoil inductive link
CN211296322U (zh) 一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统
CN107707032B (zh) 基于负电阻的并联-并联型无线电能传输系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant