[发明专利]一种基于线圈位置优化排布的WPT效率提升系统

说明书

本发明提供一种基于线圈位置优化排布的WPT效率提升系统，包括：参数获取单元，用于获取WPT系统的输入电压V_in、角频率ω、系统负载R_L和各回路电阻R_i；第一计算单元，根据参数获取单元获取的参数，计算WPT系统中整流器交流输入侧的等效负载R_eq、WPT系统中各个回路电流、WPT系统中各个回路的有功功率，从而得到WPT系统传输效率模型；第二计算单元，根据WPT系统传输效率模型，确定目标函数和约束函数，根据约束函数计算相邻两个线圈之间的距离。本发明优化了线圈的位置排布，使系统在能量传输过程中始终工作在高效状态，有效改善了远距离无线电能传输过程中效率较低的问题。

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种基于线圈位置优化排布的WPT效率提升系统。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术借助空间中的能量载体(如电场、磁场、微波、电磁波等)，将电能由电源侧传递到负载侧。其中，感应式WPT技术作为一种安全、可靠的非接触式供电技术，可解决传统有线电能传输设备的诸多缺陷，避免了传统拔插系统存在的接触火花，漏电等安全问题，并使人类应用电能的方式更加灵活。目前，该技术已被广泛应用于人体植入医疗设备、感应式加热器、电动车以及手机等移动设备的无线充电平台。

感应式WPT系统包括能量发射端和能量接收端两部分。能量发射端包括高频逆变器、发射端谐振补偿网络和发射线圈，高频逆变器将直流电变为高频交流电，高频交流电流经过谐振补偿网络，在发射线圈中产生高频交流磁场。接收端包括接收线圈、接收端谐振补偿网络和高频整流器，接收线圈感应到发射线圈产生的高频磁场后，经过接收端谐振补偿网络，向高频整理器输出高频交流电，高频整流器则将交流电变为直流电，向负荷提供电能，实现电能从发射端到接收端的无线传输。

在较远距离下，发射线圈和接收线圈两线圈的传输效率会受到限制而不能满足实际需求，为了实现中远距离无线电能传输，通常会加入中继线圈，利用中继线圈的磁耦合谐振来实现中远距离能量传输。现有的多中继模式无线电能传输系统大多只考虑线圈之间互感值相等的情况，对于线圈间互感值不等的情况则没有考虑，也即没有考虑线圈之间的位置优化排布，这往往会影响系统的传输效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线圈位置优化排布的WPT效率提升系统，可以解决现有技术中没有考虑线圈之间的位置优化排布而影响系统的传输效率的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于线圈位置优化排布的WPT效率提升系统，包括：参数获取单元、第一计算单元和第二计算单元，其中：

参数获取单元，用于获取WPT系统的输入电压V_in、角频率ω、系统负载R_L和各回路电阻R_i；

第一计算单元，根据参数获取单元获取的参数，计算WPT系统中整流器交流输入侧的等效负载R_eq、WPT系统中各个回路电流、WPT系统中各个回路的有功功率，从而得到WPT系统传输效率模型；

第二计算单元，根据WPT系统传输效率模型，确定目标函数和约束函数，根据约束函数计算相邻两个线圈之间的距离。

进一步的，所述第一计算单元包括第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和存储模块，其中：

第一计算模块，用于根据系统负载R_L，计算WPT系统中整流器交流输入侧的等效负载R_eq；

第二计算模块，利用KVL回路方程，计算WPT系统中各个回路电流；

第三计算模块，根据各个回路电流，计算WPT系统中各个回路的有功功率；