一种ICPT系统松耦合线圈最佳径距比的设计方法

摘要

传统的感应耦合电能传输(ICPT)系统中,松耦合变压器接收线圈Rx的半径与发射线圈Tx到接收线圈Rx之间的距离h的最佳比例系数,即径距比γ的求取,是通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感值,并辅以大量实验来获得的.针对这种缺少理论依据并浪费人力、物力的问题,本文提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Rx半径与h比例系数的最佳值的设计方法.首先求取单管ICPT系统之一次侧并联、二次侧并联(PP)结构下的系统去耦等效电路模型,据此推导出Rx上的电流密度和互感M、系统传输功率的关系;并通过公式分析,确定Rx电感L1与Tx电感L2的比值a和系统的耦合系数λ的取值,来确定在不同频率下厶和L2的值,从而建立仿真模型,利用有限元仿真软件对γ的最优值进行研究.相比于通过线圈互感值来优化线圈的方法,本文中的电流密度可以通过软件直接观测到,形象而且直观,节省时间和成本,有效提高设计效率.综合仿真结果确定了松耦合线圈最佳径距比γ,该参数与企业通过生产实践总结出的经验值相吻合.