[发明专利]基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法

说明书

一种基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法，包括如下步骤：S1配置无线电能传输系统二端口网络，S2通过网络矩阵推导出传输模型，S3网络端口参数测量，S4电磁耦合效率计算。本发明利用网络端口测量设备，基于散射矩阵的无线电能传输电路，结合网络端口能量等效关系、输入输出能量转换关系，通过电路测量，计算出无线电能传输系统的电磁耦合效率。因为电池耦合的场域特性，其耦合效率不能够直接通过现有的测量仪器直接读取，本发明的测量方法通过现有测量设备获取电磁耦合效率测量值。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种无线电能传输系统电磁耦合效率的测量方法。

背景技术

无接触电能传输技术作为新的电能传输技术在电动汽车、航空航天、电力系统、能源交通、生物医疗、通讯技术等领域具有广泛的应用前景，近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。根据应用场合的不同，该技术可分为电磁感应式、电磁耦合谐振式与电磁辐射式3种。其中，电磁耦合谐振技术利用辐射电磁场耦合实现电能传输，与电磁感应式能量传输方式相比，在传输距离上有了较大扩展，为用电设备获取电能带来更大的自由。与电磁辐射式能量传输方式相比，该能量传输方式具有非辐射的特点，因此具有较好的安全性，且减少了电能发射端与接收端的设计难度。该种设计的重点就在于的设计中间阶段的电磁耦合线圈，实现完整的电磁传输过程，优化电磁耦合线圈需要得到精确的电磁耦合效率作为参考。目前无线电能传输领域，借助能量排除法获得传输效率值，或者通过等效电路分析方法获取系统传输效率的方法存在误差过大的问题，不能够为传输线圈的设计提供精确数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法，为传输线圈的设计提供精确数据。

一种基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法，包括如下步骤：

S1.配置无线电能传输系统二端口网络

将传统的单一个二端口网络分解为两个二端口子网络的级联，两个子网络分别为发射子网络(P1)和接收子网络(P2)，两个子网络级联后形成一个总的传输网络，根据二端口网络的散射原理给出两个子网络的散射矩阵，发射与接收子网络的散射矩阵分别为式(1)和(2)，总网络的散射矩阵表示为式(3)；

其中：为发射子网络输入和输出端入射能量，为发射子网络输入和输出端反射能量，为接收子网络输入和输出端入射能量，为接收子网络输入和输出端反射能量；为发射子网络散射参数，为接收子网络散射参数，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂为总传输网络散射参数；

S2.通过网络矩阵推导出传输模型

由式(1)得出网络P1的传输模型为式(4)和式(5)，由式(2)得出网络P2的传输模型为式(6)和式(7)，由式(3)得出总网络的传输模型为式(8)和式(9)；

通过矩阵运算得出发射子网络与接收子网络的输入输出能量值：

S3.网络端口参数测量

S3.1无线电能传输系统接入输入功率，建立无线电能传输网络；

S3.2切断输入与输出负载，在输入端口加载网络矢量分析仪的测量探头，探头分别夹持在发射子网络的输入端与输出端，读取对应发射端的端口参数：

S3.3按照步骤S4.2的方法将探头夹持在接收子网络的输入端与输出端，读取对应接收端的端口参数：