[发明专利]三发射线圈谐振式无线电能传输系统最大传输功率点的计算方法

说明书

本发明公开了三发射线圈谐振式无线电能传输系统最大传输功率点的计算方法，根据全向无线电能传输系统等效电路图建立发射线圈和接收线圈的基尔霍夫电压方程组，根据互感叠加原理建立多发射线圈系统与接收线圈之间总互感与偏移角度和线圈距离之间的关系，通过仿真确定系统最大功率点位置。本发明能较为准确地计算出发射线圈工作状态下最佳的输出功率点，调整接收线圈位置即可大大提升无线电能传输系统的传输效率。

技术领域

本发明属于无线能量传输领域，特别涉及了一种最大传输功率点的计算方法。

背景技术

近年来，便携式电器如手提电脑、智能手机等设备迅速发展，其中CPU、内存、屏幕等技术都有了长足的进步。但是手机电池技术除了容量的提升外并没有其他的进展，这也制约了智能设备的进一步发展。

近年来，无线能量传输(WPT)技术引起了广泛的关注，主要分为感应式、微波辐射式和磁耦合谐振式三种技术类型，其中磁耦合谐振式无线能量传输(MCR-WPT)具备传输距离远、速度快、效率高、功能大的特点，成为近年来研究的主要方向。它在发射线圈和接收线圈中都串入一个谐振电感和谐振电容。工作时，使两个线圈处于谐振状态，以达到传输效率的最大值。但在大多数场景中，接收机的位置并不固定，所处位置的不同会导致传输效率的差异，确定一个MCR-WPT系统的最大功率点十分重要。

中国专利申请201810792990公开了一种互补对称式LCC谐振网络EC-WPT系统参数优化方法，通过两个参数进行种群初始化，利用自适应算法与非线性规划相结合找到系统最大效率点与参数的关系，系统在运行时判断输出功率是否满足要求，如果不满足则自行调整参数，重新寻找最大功率点。

中国专利申请202010736111公开了一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法，通过系统等效电路获取各参量之间关系，根据电流型优化电路优化发射线圈上电流以获得系统最大功率，根据电压型优化电路优化电压源馈电电压，获得系统最大功率。

上述现有技术均采用调节系统中某个参数的方法使接收线圈功率达到最大，目前尚未有对一个多发射线圈MCR-WPT系统最大功率点位置确认的方法。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了三发射线圈谐振式无线电能传输系统最大传输功率点的计算方法，能够精确定位无线电能传输系统最大功率点。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种三发射线圈谐振式无线电能传输系统最大传输功率点的计算方法，包括以下步骤：

(1)根据全向无线电能传输系统等效电路图建立发射线圈和接收线圈的基尔霍夫电压方程组；

(2)根据基尔霍夫电压方程组计算接收线圈负载电流值；

(3)计算负载功率，并推导负载功率与互感的关系；

(4)根据线圈互感定义建立空间任意位置两线圈互感M与偏移角度和两线圈中心点距离之间的关系；

(5)根据互感叠加原理建立多发射线圈系统与接收线圈之间总互感M_total与偏移角度α、β和线圈距离d之间的关系；其中，α为接收线圈中心点位于发射线圈系统XOY平面水平投影与X轴之间的夹角，β为发射线圈系统与接收线圈的中心点连线与其在发射线圈系统XOY平面水平投影之间的夹角，d为发射线圈系统与接收线圈的中心点距离；

(6)根据步骤(5)建立的关系，对偏移角度α、β与总互感M_total进行仿真，确定系统最大功率点的偏移角度；

(7)根据步骤(5)建立的关系，对线圈距离d与总互感Mtotal进行仿真，确定系统最大功率点的线圈距离；

(8)根据步骤(6)和(7)的结果，确定系统最大功率点位置。