本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域，是双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法。
背景技术：
在无线电能传输系统中，提升发射线圈的磁场均匀度是提高非对称磁耦合系统中抗偏移能力、降低控制难度的最直接方法。一点的磁感应强度与电流强度和该点跟电流元的距离有关，因此，在诸多研究中，实现均匀磁场的方法主要有非均匀绕制的线圈和非均匀分布的电流。非均匀分布电流的方法中，可使用多逆变源控制或线圈分叉的方法，前者通过多个逆变源得到不同大小的电流，必然导致成本的增加；而后者由于各股线圈之间存在强耦合，各股电流存在不均衡的问题，导致无法得到期望的各股间电流比值。
技术实现要素：
本发明为实现双股并绕线圈中各股线中的电流比值调节，本发明基于双股独立补偿的思想，通过分析补偿电容对电流的影响，对补偿电容进行优化设计，由定值电容改为可调电容，通过调整电容大小，使两股线中得到期望的电流比例，本发明提供了双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法，本发明提供了以下技术方案：
一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路，所述电路包括双股并绕线圈、补偿可调电容阵列和受控电压源阵列；
所述双股并绕线圈包括第一线圈和第二线圈，所述补偿可调电容阵列包括第一补偿可调电容和第二补偿可调电容，所述受控电压源阵列包括第一受控电压源和第二受控电压源；
所述第一线圈一端连接第一补偿可调电容的一端，所述第一补偿可调电容的另一端连接第一受控电压源的一端；所述第二线圈一端连接第二补偿可调电容的一端，所述第二补偿可调电容的另一端连接第二受控电压源的一端。
优选地，所述第一线圈和第二线圈另一端与电压源的一端连接，第一受控电压源和第二受控电压源的另一端均与电压源的另一端连接。
一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路的参数设计方法，包括以下步骤：
步骤1：测量第一线圈和第二线圈和第三线圈的自感，通过l1和l2分别表示第一线圈和第二线圈的自感；
步骤2：测量第一线圈和第二线圈间的互感，通过m12表示第一线圈和第二线圈间的互感，；
步骤3：确定第一线圈和第二线圈中的电流比例k，第一线圈的电流大小为第二线圈电流大小的k倍；
步骤4：将补偿可调电容阵列中的补偿电容，分别配置于双股并绕线圈的两个线圈上，当工作角频率为ω时，通过下式确定第一补偿可调电容、第二补偿可调电容和第三补偿电容的电容大小：
c1＝1/(ω^2*(l1 m12/k))
c2＝1/(ω^2*(l2 km12))
其中，c1和c2分别为第一补偿可调电容和第二补偿可调电容的电容大小。
本发明具有以下有益效果：
相比已有的集中式串联补偿方案，本发明所提方案可实现双股并绕线圈中两股线中的电流比例可调，消除了传统补偿方式存在的电流不均衡、不可调节，进而为实现发射线圈均匀磁场提供思路。
附图说明
图1为独立串联补偿实现双股并绕的无线电能传输线圈股间电流均衡电路机构图；
图2为传统集中式串联补偿的双股并绕线圈补偿电路结构图；
图3为方形双股并绕线圈示意图；
图4为采用双股并绕发射线圈与独立串联补偿结构的发射端等效电路。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图4所示，本发明提供双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法，具体为：
一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路，所述电路包括双股并绕线圈1、补偿可调电容阵列和受控电压源阵列；
所述双股并绕线圈1包括第一线圈11和第二线圈12，所述补偿可调电容阵列包括第一补偿可调电容21和第二补偿可调电容22，所述受控电压源阵列包括第一受控电压源和第二受控电压源；
所述第一线圈11一端连接第一补偿可调电容21的一端，所述第一补偿可调电容21的另一端连接第一受控电压源的一端；所述第二线圈12一端连接第二补偿可调电容22的一端，所述第二补偿可调电容22的另一端连接第二受控电压源的一端。
所述第一线圈11和第二线圈12另一端与电压源的一端连接，第一受控电压源和第二受控电压源的另一端均与电压源的另一端连接。
一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路的参数设计方法，包括以下步骤：
步骤1：测量第一线圈和第二线圈和第三线圈的自感，通过l1和l2分别表示第一线圈和第二线圈的自感；
步骤2：测量第一线圈和第二线圈间的互感，通过m12表示第一线圈和第二线圈间的互感，；
步骤3：确定第一线圈和第二线圈中的电流比例k，第一线圈的电流大小为第二线圈电流大小的k倍；
步骤4：将补偿可调电容阵列中的补偿电容，分别配置于双股并绕线圈的两个线圈上，当工作角频率为ω时，通过下式确定第一补偿可调电容、第二补偿可调电容和第三补偿电容的电容大小：
c1＝1/(ω^2*(l1 m12/k))
c2＝1/(ω^2*(l2 km12))
其中，c1和c2分别为第一补偿可调电容和第二补偿可调电容的电容大小。
可实现各股线对应线圈的电流近似相等，且系统工作于谐振状态。
相比已有的集中式串联补偿方案(如图2所示)，所提方案可实现双股并绕线圈中两股线中的电流比例可调，消除了传统补偿方式存在的电流不均衡、不可调节，进而为实现发射线圈均匀磁场提供思路。
图3为典型方形结构的双股并绕线圈结构，采用双股并绕的方式进行线圈绕制，可以实现用小载流能力的线材绕制出大载流能力的线圈，同时相比利兹线提高电流均衡性的交叉绕制方式，更有利于线圈扁平化设计，但引入了电流不均衡的问题。
图4所示为采用双股并绕发射线圈的发射端等效电路，可将电压源5看作负电阻，当所述双股并绕线圈用于无线电能发射端时，假设输入等效负载的电阻额定值为rp，接收线圈
在2个单股发射线圈的上2个单股线圈的反向感应电压分别为up1、up2(实际应用中双股并绕时，来自接收端的反向感应电压up1、up2差别不大)，则在满足ωli/rp(i＝1,2)显著大于1，up1、up2差别不太大的实际应用情况下，可以计算出各股线圈电流近似等于
当c1＝1/(ω^2*(l1 m12/k))、c2＝1/(ω^2*(l2 km12))时，假设源的等效输入电阻额定值为rp，接收端在两个单股线圈的感应电压分别为up1、up2，由基尔霍夫电压定律，up1＝jωm12(i2-i1/k)-(i1 i2)rp,up2＝jωm12(i1-ki2)-(i1 i2)rp则可计算出第一线圈11的电流为：
第二线圈12的电流为
第一线圈11的电流为由于并绕的两股线对应的线圈紧密耦合，接收线圈在两个单股发射线圈的上的反向感应电压up1、up2差别不大，因此两个电流表达式中的虚部部分可以忽略，则近似为
以上所述仅是双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法的优选实施方式，双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路结构与参数设计方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
1.一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路，其特征是：所述电路包括双股并绕线圈、补偿可调电容阵列和受控电压源阵列；
所述双股并绕线圈包括第一线圈和第二线圈，所述补偿可调电容阵列包括第一补偿可调电容和第二补偿可调电容，所述受控电压源阵列包括第一受控电压源和第二受控电压源；
所述第一线圈一端连接第一补偿可调电容的一端，所述第一补偿可调电容的另一端连接第一受控电压源的一端；所述第二线圈一端连接第二补偿可调电容的一端，所述第二补偿可调电容的另一端连接第二受控电压源的一端。
2.根据权利要求1所述的一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路，其特征是：所述第一线圈和第二线圈另一端与电压源的一端连接，第一受控电压源和第二受控电压源的另一端均与电压源的另一端连接。
3.一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流比例可调的电路的参数设计方法，所述方法基于如权利要求1所述的三股并绕的无线电能传输线圈股间电流均衡的电路，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：测量第一线圈和第二线圈和第三线圈的自感，通过l1和l2分别表示第一线圈和第二线圈的自感；
步骤2：测量第一线圈和第二线圈间的互感，通过m12表示第一线圈和第二线圈间的互感，；
步骤3：确定第一线圈和第二线圈中的电流比例k，第一线圈的电流大小为第二线圈电流大小的k倍；
步骤4：将补偿可调电容阵列中的补偿电容，分别配置于双股并绕线圈的两个线圈上，当工作角频率为ω时，通过下式确定第一补偿可调电容、第二补偿可调电容和第三补偿电容的电容大小：
c1＝1/(ω^2*(l1 m12/k))
c2＝1/(ω^2*(l2 km12))
其中，c1和c2分别为第一补偿可调电容和第二补偿可调电容的电容大小。
技术总结