CN114421644B - 基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统及参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，属于无线电能传输技术领域，解决了现有无线电能传输系统空间大偏位下输出能力骤降的问题，包括原边能量发射模块、副边能量拾取模块1和副边能量转换模块2；原边能量发射模块用于将交流电源能量发射给副边能量拾取模块1或副边能量拾取模块2；能量拾取模块1包括副边能量拾取线圈L_S1、第一补偿电容C_S1、整流桥模块1和滤波电容C_O1；能量拾取模块2包括副边能量拾取线圈L_S2、第二补偿电容C_S2、整流桥模块2和滤波电容C_O2。本发明用于无线电能传输系统在系统发生偏移时保证系统传输能力基本无波动，提升系统抗偏移能力。

Description

基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统及参数设计方法

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统及参数设计方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transmission)技术，简称WPT技术，是一种利用电磁感应原理实现电能的无线传输，其本质是利用松耦合变压器。传输效率和抗偏移能力是无线传能技术最为关心的两个技术指标。

无线电能传输系统主要由原边高频逆变环节、耦合机构和副边整流部分组成，耦合机构由原边发射机构和副边能量拾取机构组成，在一些应用情况原边和副边直流侧都可能加入直流变换器进行精准控制。主要的工作过程为：逆变器将直流侧电能转换为交流电，高频交流电注入原边能量发射机构，在空间中产生高频交变的磁场，副边能量拾取机构感应出感应电动势，该感应电动势通过高频整流后向负载提供电能。

当原边能量发射机构和副边能量拾取机构之间发生偏移时，互感M会有较大波动，甚至在超出一定偏移范围后互感为零，造成系统难以维持恒定输出和输出能力下降。为了解决该问题，通常的方法有：

一、在电路系统中引入闭环控制，如在原边/副边直流侧增加直指变换器调节输出电压的稳定，或者在逆变器环节加入移相控制或变频控制，但这类方法增加了系统复杂程度并且受控制调制深度限制；

二、补偿拓扑参数的优化设计，通过合理配置补偿参数设计保证在一定的偏移范围内实现输出功率的恒定，但这种方法会使系统引入大量的无功，降低系统效率；

三、采用混合拓扑电路形式，利用不同补偿拓扑随互感变化不同的输出特性相结合，保证输出变化相对恒定，但这种方式对电容参数敏感，同时复杂的系统结构使得系统成本增加。

四、优化设计耦合机构，通过设计线圈匝间距、形状、正反绕组合能有效提高单个线圈抗偏移能力，但单个线圈在大范围偏移情况下传输能力十分有限。

发明内容

本发明的目的在于：

为解决现有无线电能传输系统空间大偏位下输出能力骤降的问题，提供一种基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统及参数设计方法。

本发明采用的技术方案如下：

基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，包括原边能量发射模块、副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2；

所述原边能量发射模块包括相交流电源和原边谐振回路，原边能量发射模块用于将交流电源能量发射给副边能量拾取模块1或副边能量拾取模块2；

所述副边能量拾取模块1用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块1包括副边能量拾取线圈L_S1、第一补偿电容C_S1、整流桥模块1和滤波电容C_O1，副边能量拾取线圈L_S1与第一补偿电容C_S1串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块1输入端连接，整流桥模块1输出端连接滤波电容C_O1；

所述副边能量拾取模块2用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块2包括副边能量拾取线圈L_S2、第二补偿电容C_S2、整流桥模块2和滤波电容C_O2，副边能量拾取线圈L_S2与第二补偿电容C_S2串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块2输入端相连接，整流桥模块2输出端连接滤波电容C_O2。

进一步地，所述原边能量发射模块包括交流电源和原边谐振回路，所述原边谐振回路包括两个谐振环路，原边谐振回路由第一补偿电容C₁、第二补偿电容C_P、补偿电感L₁和原边能量发射线圈L_P组成，所述补偿电感L₁和第一补偿电容C₁串联连接且与交流电源构成第一谐振环路，第二补偿电容C_P与原边能量发射线圈L_P串联连接后并联至第一补偿电容C₁两端，构成第二谐振环路。

进一步地，所述原边能量发射线圈L_P、副边能量拾取线圈L_S1和副边能量拾取线圈L_S2均由利兹线绕制而成，原边能量发射线圈L_P和副边能量拾取线圈L_S1为由利兹线在同一平面相邻紧密缠绕而成的正方形线圈，原边能量发射线圈L_P贴合连接有方形磁芯，所述方形磁芯与原边能量发射线圈L_P的外尺寸大小相同，副边能量拾取线圈L_S2由利兹线包裹方形磁芯构成且为对称的两部分结构，副边能量拾取线圈L_S2对称的两部分存在一定间隔并放置于副边能量拾取线圈L_S1上方，副边能量拾取线圈L_S1与副边能量拾取线圈L_S2之间的互感M_S12为零。

进一步地，所述电源为交流电压源V_in或相互连接的直流电压源U_IN和高频逆变器H。

进一步地，所述整流桥模块1和整流桥模块2是由二极管构成的无源整流桥模块，整流桥模块1和整流桥模块2为全桥整流或半桥整流，整流桥模块1和整流桥模块2的输出端并联连接构成钳位电路后连接至负载R。

基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统参数设计方法，使用上述的基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，包括如下步骤：

步骤1：根据应用场合确定传输气隙h、原边能量发射线圈边长l_P和副边能量拾取线圈L_S1边长l_S，根据电流耐受能力确定利兹线直径d，根据系统整体效率设置最大匝数限制N_max，设置目标最大互感M_max和目标最小互感M_min；

步骤2：设原边能量发射线圈L_P匝数为N_P，副边能量拾取线圈L_S1匝数为N_S1，副边能量拾取线圈L_S2左半部分和右半部分匝数都为N_S2，总匝数2*N_S2，给定初始值匝数N_P＝N_S1＝N_S2＝1，变化步长为1，设定副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S，定义原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感为M_PS1，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感为M_PS2，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1正对时互感为M_PS10，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20，偏移过程中原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值定义为M_X；

步骤3：设原边能量发射线圈L_P匝数N_P不变，副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1从1开始以1匝为步长增加，每增加一次判断是否满足下列条件：

0.95M_max＜M_PS10＜M_max (6)

当满足正对时原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS10接近于所需最大互感M_max时，进入下一个步骤，当副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1增加到所设定的最大匝数N_max仍然不满足上述条件时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，并返回至步骤3继续循环；

步骤4：设原边能量发射线圈L_P匝数N_P和副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1不变，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分匝数N_S2初始值设定为1，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S从0开始以dW的步长增加开始循环，判断是否满足下列条件：

M_X＞M_min&M_PS20＜M_PS10 (7)

当满足原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20小于等于所需最大互感M_max，并且偏移过程原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值M_X，其大于等于设定的所需最小互感值时，记录这一组参数，继续循环，直至副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S不满足下列条件时，副边能量拾取线圈L_S2匝数N_S2在此基础上加1继续循环；

W_S＜0.5l_S-dN_S2 (8)

当副边能量拾取线圈L_S2匝数左右两部分匝数N_S2增加到超过所设定的最大匝数N_max时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，返回步骤2继续循环，直至原边能量发射线圈匝数N_P超过所设定的最大匝数N_max进入下一步骤；

步骤5：对比步骤4中所记录所有满足设计条件的参数，计算所有组满足需要最大互感M_max和最小互感M_min的偏移范围，选择有效偏移范围最广的一组为最优参数。

进一步地，所述补偿电感L₁电感值L₁’由设定最小电压增益G_min决定，满足下列式：

其中U_{out_min}表示设计最小输出电压，ω表示系统工作角频率，第一补偿电容C₁容值C₁’、第二补偿电容C_P容值C_P’、副边能量拾取线圈L_S1串联补偿电容C_S1容值C_S1’、副边能量拾取线圈L_S2串联补偿电容C_S2’满足下列式子：

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明的系统相比于传统无线电能传输系统，增加了一个副边拾取模块，两个拾取模块整流输出端呈并联连接，构成钳位电路，在系统发生偏移时能量自动通过与原边能量发射机构互感更强的能量拾取模块，可以使得系统随着偏移距离的增加系统总是工作在互感在可接受的范围内，极大地提高了系统大范围偏移下能量输出能力，提高了系统的抗偏移能力。

2.本发明相比现有无线电能传输系统在系统发生偏移时采用的方案，具有系统结构简单，无需额外控制电路即可实现两个能量拾取模块的切换，对补偿参数变化不敏感。

附图说明

图1是本发明系统的系统电路图；

图2是本发明实施例二的系统电路图；

图3是本发明实施例一中各个线圈参数设计的流程图；

图4是本发明实施例一中各个线圈的结构示意图；

图5是实施例一中所设计线圈互感随偏移距离变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例为基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，如图1所示，包括原边能量发射模块、副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2；

原边能量发射模块包括相交流交流电压源Vin和原边谐振回路，原边能量发射模块用于将交流交流电压源Vin能量发射给副边能量拾取模块1或副边能量拾取模块2；

副边能量拾取模块1用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块1包括副边能量拾取线圈L_S1、第一补偿电容C_S1、整流桥模块1和滤波电容C_O1，副边能量拾取线圈L_S1与第一补偿电容C_S1串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块1输入端连接，整流桥模块1输出端连接滤波电容C_O1；

副边能量拾取模块2用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块2包括副边能量拾取线圈L_S2、第二补偿电容C_S2、整流桥模块2和滤波电容C_O2，副边能量拾取线圈L_S2与第二补偿电容C_S2串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块2输入端相连接，整流桥模块2输出端连接滤波电容C_O2。

副边能量拾取模块1在偏移量较小时工作，此时副边能量拾取模块2不工作，副边能量拾取模块1接收到原边能量发射模块能量传至等效负载R；

副边能量拾取模块2在偏移量较小时工作，此时副边能量拾取模块1不工作，副边能量拾取模块2接收到原边能量发射模块能量传至等效负载R；

副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2仅在某一特殊偏移点同时工作，此时副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2同时接收到原边能量发射模块的能量传至等效负载；

所述副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2工作状态由偏移量决定，且自动切换。

进一步地，所述原边能量发射模块包括交流交流电压源Vin和原边谐振回路，所述原边谐振回路包括两个谐振环路，原边谐振回路由第一补偿电容C₁、第二补偿电容C_P、补偿电感L₁和原边能量发射线圈L_P组成，所述补偿电感L₁和第一补偿电容C₁串联连接且与交流交流电压源Vin构成第一谐振环路，第二补偿电容C_P与原边能量发射线圈L_P串联连接后并联至第一补偿电容C₁两端，构成第二谐振环路。

进一步地，所述原边能量发射线圈L_P、副边能量拾取线圈L_S1和副边能量拾取线圈L_S2均由利兹线绕制而成，原边能量发射线圈L_P和副边能量拾取线圈L_S1为由利兹线在同一平面相邻紧密缠绕而成的正方形线圈，原边能量发射线圈L_P贴合连接有方形磁芯，所述方形磁芯与原边能量发射线圈L_P的外尺寸大小相同，副边能量拾取线圈L_S2由利兹线包裹方形磁芯构成且为对称的两部分结构，副边能量拾取线圈L_S2对称的两部分存在一定间隔并放置于副边能量拾取线圈L_S1上方，副边能量拾取线圈L_S1与副边能量拾取线圈L_S2之间的互感M_S12为零。

进一步地，所述整流桥模块1和整流桥模块2是由二极管构成的无源整流桥模块，整流桥模块1和整流桥模块2为全桥整流或半桥整流，整流桥模块1和整流桥模块2的输出端并联连接构成钳位电路后连接至负载R。

本实施例基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统参数设计方法可如下实施：

步骤1：根据用户要求根据应用场合确定传输气隙h为15cm、原边能量发射线圈、副边能量拾取线圈L_S1和原副边磁芯大小都为400mm×400mm，根据电流耐受能力选择1000股AWG38的利兹线，直径d为4.43mm，考虑系统整体效率设置最大匝数限制N_max为15，设置目标最大互感M_max为37.5μH，目标最小互感M_min为27.5μH。

步骤2：设原边能量发射线圈L_P匝数为N_P，副边能量拾取线圈L_S1匝数为N_S1，副边能量拾取线圈L_S2左半部分和右半部分匝数都为N_S2，总匝数2*N_S2，给定初始值匝数N_P＝N_S1＝N_S2＝1。，变化步长为1设定副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S。定义原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感为M_PS1，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感为M_PS2，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1正对时互感为M_PS10，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20，偏移过程中原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值定义为M_X。

步骤3：原边能量发射线圈L_P匝数N_P不变，副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1从1开始以1匝为步长增加，每增加一次判断是否满足下列条件：

0.95M_max＜M_PS10＜M_max (11)

当满足正对时原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS10接近于需要最大互感M_max时，进入下一个步骤。当副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1增加到所设定的最大匝数N_max仍然不满足上述条件时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，并返回至步骤3的最初始继续循环。

步骤4：原边能量发射线圈L_P匝数N_P和副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1不变，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分匝数N_S2初始值设定为1，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S从0cm开始以dW的步长增加开始循环。判断是否满足下列条件：

M_X＞M_min&M_PS20＜M_PS10 (12)

当满足原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20小于等于需要最大互感M_max,并且偏移过程原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值M_X大于等于设定的所需最小互感值时，记录这一组参数，继续循环。直至副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S不满足下列条件时，副边能量拾取线圈L_S2匝数N_S2在此基础上加1继续循环。

W_S＜0.5l_S-dN_S2 (13)

当副边能量拾取线圈L_S2匝数左右两部分匝数N_S2增加到超过所设定的最大匝数N_max时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，返回步骤2继续循环，直至原边能量发射线圈匝数N_P超过所设定的最大匝数N_max进入下一步骤。

步骤5：对比步骤4中所记录所有满足设计条件的参数，计算所有组满足需要最大互感M_max和最小互感M_min的偏移范围，选择有效偏移范围最广的一组为最优参数，最终参数为：

原边能量发射线圈匝数为15，副边能量拾取线圈L_S1匝数为9，副边能量拾取线圈L_S2左部分加右部分的匝数为13，最终通过有限元软件Ansys Maxwell仿真得到互感随偏移距离增加的变化曲线如图5所示。原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1正对时互感为M_PS10＝37.3μH，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20＝35.7.μH，偏移过程中原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值为M_X＝＝27.6μH。有效偏移范围为320mm。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，将交流电压源V_in替换为相互连接的直流电压源U_IN和高频逆变器H。

本发明的工作原理为：

设第一补偿电容C₁容值为C₁’、原边补偿电感L₁自感值为L₁’；

第二补偿电容C_P容值为C_P’、原边能量发射线圈L_P自感值为L_P’；

副边能量拾取线圈L_S1串联补偿电容C_S1容值为C_S1’、副边能量拾取线圈L_S1自感值为L_S1’；

副边能量拾取L_S2串联补偿电容C_S2容值为C_S2’、副边能量拾取线圈L_S2自感值为L_S2’；

原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感值为M_PS1；

原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感值为M_PS2；

副边能量拾取线圈L_S1与副边能量拾取线圈L_S2的互感值为M_S12；

负载R的大小为R，直流电压源U_IN的大小为U_IN，系统角频率为ω；

并设定以上参数数值均为已知量。

如图1所示的交流电压源V_in与图2所示的直流电压源U_IN的关系如下：

设定各个谐振环路的补偿电容的容值满足如下条件：

基于实施例一，副边能量拾取线圈L_S1与副边能量拾取线圈L_S2解耦，这两个线圈之间的互感M_S12可忽略，利用网孔电流法对图1所示的电路进行分析，并列写如下方程：

将式(15)代入式(16)求解，原边能量发射线圈L_P电流与负载和互感无关，可表示为：

整流模块1和整流模块2输入电压与负载无关，与互感成正比，可表示为：

两个整流模块输出呈并联方式，由于二极管的单向导通性，整流模块仅在输入电压大于输出电压时工作，因此最终输出电压大小取决于更大的整流模块输入电压。

1)当M_PS1>M_PS2时，V_S1>V_S2，此时能量仅通过整流模块1，由于更小的输入电压整流模块2被钳位住，能量拾取线圈2中的电流为零，此时输出电压由原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1决定：

2)当M_PS1<M_PS2时，V_S1<V_S2，此时能量仅通过整流模块2，由于更小的输入电压整流模块1被钳位住，能量拾取线圈L_S1中的电流为零，此时输出电压由原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2决定：

3)当M_PS1＝M_PS2＝M_X时，V_S1＝V_S2，此时能量同时从整流模块1和整流模块2通过，能量拾取线圈L_S1和能量拾取线圈2中的电流大小接近。输出电压可由下式表示：

基于实施例一，如图1所示，随着偏移量增加，原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1下降，原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2逐渐增加，此时能量仅通过副边能量拾取线圈L_S1；当原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2增加至与原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感值M_PS1相同时(M_PS1＝M_PS2＝M_X)，能量同时通过副边能量拾取线圈L_S1和副边能量拾取线圈L_S2传输至负载；当偏移量进一步增加，原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2始终大于原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1，此时能量仅通过副边能量拾取线圈L_S2，较传统单能量拾取无线电能传输系统增加有效工作偏移范围。采用如图3所示的原边能量发射线圈L_P、副边能量拾取线圈L_S1、副边能量拾取线圈L_S2参数设计方法，和图1-图2所示电路图便可得到本发明设计的基于复合耦合机构的强抗偏移无线电能传输系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，其特征在于，包括原边能量发射模块、副边能量拾取模块1和副边能量拾取模块2；

所述原边能量发射模块包括相交流电源和原边谐振回路，原边能量发射模块用于将交流电源能量发射给副边能量拾取模块1或副边能量拾取模块2；

所述副边能量拾取模块1用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块1包括副边能量拾取线圈L_S1、第一补偿电容C_S1、整流桥模块1和滤波电容C_O1，副边能量拾取线圈L_S1与第一补偿电容C_S1串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块1输入端连接，整流桥模块1输出端连接滤波电容C_O1；

所述副边能量拾取模块2用于接收原边能量发射模块发射出能量；能量拾取模块2包括副边能量拾取线圈L_S2、第二补偿电容C_S2、整流桥模块2和滤波电容C_O2，副边能量拾取线圈L_S2与第二补偿电容C_S2串联连接构成谐振环路，并与整流桥模块2输入端相连接，整流桥模块2输出端连接滤波电容C_O2；

所述原边能量发射模块包括交流电源和原边谐振回路，所述原边谐振回路包括两个谐振环路，原边谐振回路由第一补偿电容C₁、第二补偿电容C_P、补偿电感L₁和原边能量发射线圈L_P组成，所述补偿电感L₁和第一补偿电容C₁串联连接且与交流电源构成第一谐振环路，第二补偿电容C_P与原边能量发射线圈L_P串联连接后并联至第一补偿电容C₁两端，构成第二谐振环路；

所述原边能量发射线圈L_P、副边能量拾取线圈L_S1和副边能量拾取线圈L_S2均由利兹线绕制而成，原边能量发射线圈L_P和副边能量拾取线圈L_S1为由利兹线在同一平面相邻紧密缠绕而成的正方形线圈，原边能量发射线圈L_P贴合连接有方形磁芯，所述方形磁芯与原边能量发射线圈L_P的外尺寸大小相同，副边能量拾取线圈L_S2由利兹线包裹方形磁芯构成且为对称的两部分结构，副边能量拾取线圈L_S2对称的两部分存在一定间隔并放置于副边能量拾取线圈L_S1上方，副边能量拾取线圈L_S1与副边能量拾取线圈L_S2之间的互感M_S12为零。

2.根据权利要求1所述的基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，其特征在于，所述电源为交流电压源V_in或相互连接的直流电压源U_IN和高频逆变器H。

3.根据权利要求1所述的基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，其特征在于，所述整流桥模块1和整流桥模块2是由二极管构成的无源整流桥模块，整流桥模块1和整流桥模块2为全桥整流或半桥整流，整流桥模块1和整流桥模块2的输出端并联连接构成钳位电路后连接至负载R。

4.基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统参数设计方法，使用权利要求1-3任一所述的基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据应用场合确定传输气隙h、原边能量发射线圈边长l_P和副边能量拾取线圈L_S1边长l_S，根据电流耐受能力确定利兹线直径d，根据系统整体效率设置最大匝数限制N_max，设置目标最大互感M_max和目标最小互感M_min；

步骤2：设原边能量发射线圈L_P匝数为N_P，副边能量拾取线圈L_S1匝数为N_S1，副边能量拾取线圈L_S2左半部分和右半部分匝数都为N_S2，总匝数2*N_S2，给定初始值匝数N_P＝N_S1＝N_S2＝1，变化步长为1，设定副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S，定义原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感为M_PS1，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感为M_PS2，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1正对时互感为M_PS10，原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20，偏移过程中原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值定义为M_X；

步骤3：设原边能量发射线圈L_P匝数N_P不变，副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1从1开始以1匝为步长增加，每增加一次判断是否满足下列条件：

0.95M_max＜M_PS10＜M_max (1)

当满足正对时原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS10接近于所需最大互感M_max时，进入下一个步骤，当副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1增加到所设定的最大匝数N_max仍然不满足上述条件时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，并返回至步骤3继续循环；

步骤4：设原边能量发射线圈L_P匝数N_P和副边能量拾取线圈L_S1匝数N_S1不变，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分匝数N_S2初始值设定为1，副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S从0开始以dW的步长增加开始循环，判断是否满足下列条件：

M_X＞M_min&M_PS20＜M_PS10 (2)

当满足原边能量发射线圈与副边能量拾取线圈L_S2偏移过程中最大互感为M_PS20小于等于所需最大互感M_max，并且偏移过程原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S1互感M_PS1与原边能量发射线圈L_P与副边能量拾取线圈L_S2互感M_PS2的值相等的互感值M_X，其大于等于设定的所需最小互感值时，记录这一组参数，继续循环，直至副边能量拾取线圈L_S2左右两部分间隔距离W_S不满足下列条件时，副边能量拾取线圈L_S2匝数N_S2在此基础上加1继续循环；

W_S＜0.5l_S-dN_S2 (3)

当副边能量拾取线圈L_S2匝数左右两部分匝数N_S2增加到超过所设定的最大匝数N_max时，原边能量发射线圈L_P匝数N_P增加1匝，返回步骤2继续循环，直至原边能量发射线圈匝数N_P超过所设定的最大匝数N_max进入下一步骤；

步骤5：对比步骤4中所记录所有满足设计条件的参数，计算所有组满足需要最大互感M_max和最小互感M_min的偏移范围，选择有效偏移范围最广的一组为最优参数。

5.根据权利要求4所述的基于复合耦合的抗偏移无线电能传输系统参数设计方法，其特征在于，补偿电感L₁电感值L₁’由设定最小电压增益G_min决定，满足下列式：

其中U_{out_min}表示设计最小输出电压，ω表示系统工作角频率，第一补偿电容C₁容值C₁’、第二补偿电容C_P容值C_P’、副边能量拾取线圈L_S1串联补偿电容C_S1容值C_S1’、副边能量拾取线圈L_S2串联补偿电容C_S2’满足下列式子：

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