一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法，包括步骤：S10，搭建一磁耦合谐振式无线电能传输系统模型；S11，建立所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路；S12，引入并计算电源匹配因数SM-2C和SM-4C、负载匹配因数LM-2C和LM-4C、传输品质因数TQ和频率偏移因数FD；S13，推导接收线圈反射到发射线圈的反射阻抗Z32；S14，对该反射阻抗Z32进行标幺化得到标幺化的反射阻抗；S15，通过分析该磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性；S16，根据步骤S15的分析结果调整该磁耦合谐振式无线电能传输系统的参数；以及S17，重复上述步骤S12至步骤S16直到传输特性达到目标值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，包括步骤：S10，搭建一磁耦合谐振式无线电能传输系统模型；S11，建立所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路；S12，引入并计算电源匹配因数SM-2C和SM-4C、负载匹配因数LM-2C和LM-4C、传输品质因数TQ和频率偏移因数FD；S13，推导接收线圈反射到发射线圈的反射阻抗Z32；S14，对该反射阻抗Z32进行标幺化得到标幺化的反射阻抗；S15，通过分析该磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性；S16，根据步骤S15的分析结果调整该磁耦合谐振式无线电能传输系统的参数；以及S17，重复上述步骤S12至步骤S16直到传输特性达到目标值。【专利说明】
本专利技术涉及无线电能传输系统的优化设计方法，尤其涉及。
技术介绍
自从人类社会进入了电气化时代以来，电能的传输主要通过金属导线的点对点直接接触传输。但由于导线存在摩擦、老化等问题，电能传输过程中很容易产生火花，进而影响到用电设备的寿命和用电安全。同时，在一些特殊应用场合，如矿井和水中等，导线直接接触传输容易发生危险。此外，植入体内的医疗设备的长期供电也存在不便。无线电能传输(wireless power transfer, WPT)能够解决以上问题。采用电磁场作为传输媒介可以实现无线电能传输。根据原理的不同，无线电能传输大致可以分为三类:第一种是感应式，这种方式传输功率大，但传输的距离较近；第二种是辐射式，这种方式定向性好，传输距离远，但是对周围电磁环境影响大；第三种是谐振式，这是一种新兴的无线电能传输方式，又称磁耦合谐振式无线电能传输技术。该方式能够以较大的功率，在较高的效率下传输较远的距离。相比于感应式，其传输距离较远，且对于方向指向性较不敏感；相比于辐射式，其对周围电磁环境的影响较小。磁耦合谐振式无线电能传输技术，自从美国麻省理工学院于2007年发表在《科学》杂志上后，就得到了持续的关注。现有的磁耦合谐振式无线电能传输系统通常分为两线圈结构和四线圈结构。但由于提出时间短，研究还不够充分、目前系统性的分析和设计方法并未被完整地提出，谐振频率，电感值和电容值等参数并没有一套成型的理论进行选择设计。因此，如何设计磁耦合谐振式无线电能传输系统成为目前需要解决的课题。
技术实现思路
因此，确有必要提供一种既简单又容易实现的磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法。，该方法包括以下步骤:S10,搭建一磁稱合谐振式无线电能传输系统模型；S11，建立所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路；S12，引入并计算电源匹配因数SM_2C和SM_4C、负载匹配因数Lm_2C和LM_4C、传输品质因数1和频率偏移因数Fd ；S13，推导接收线圈反射到发射线圈的反射阻抗Z32 ；S14，对该反射阻抗Z32进行标幺化得到标幺化的反射阻抗；S15，通过该标么化的反射阻抗[分析该磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性，并将该传输特性与一目标值进行对比，如果达到目标值，则结束，如果没有达到目标值，则进入步骤S16 ；S16，根据步骤S15的分析结果调整该磁耦合谐振式无线电能传输系统的参数；以及S17，重复上述步骤S12至步骤S16直到传输特性达到目标值。与现有技术相比较，本专利技术提供的磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法具有以下优点:由于该方法基于标么化的电路模型，避免了因系统各项参数，如电源内阻、负载电阻、谐振频率、发射线圈和接收线圈的等效电阻以及互感等耦合在一起而导致的难以解耦地分析各项系统参数对系统传输特性的影响的不足，因此，该方法简单直观，且可以解耦各项系统参数来分析其对系统传输特性的影响，有效提高了系统设计和优化的效率。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施提供的磁耦合谐振式无 线电能传输系统的优化设计方法的流程图。图2为本专利技术实施提供的两线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的结构示意图。图3为图2中的两线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路图。图4为本专利技术实施提供的四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的结构示意图。图5为图4中的四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路图。主要元件符号说明无线电能传输系统 10，20电源100电源线圈110发射线圈120第一电容器122接收线圈130第二电容器132负载线圈140负载150如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。【具体实施方式】以下将结合附图详细说明本专利技术实施例提供的磁耦合谐振式无线电能传输传输系统的优化方法。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。请参阅图1，本专利技术实施提供的磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法包括以下步骤:S10,搭建一磁稱合谐振式无线电能传输系统模型；S11，建立所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路；S12，引入并计算电源匹配因数SM_2C和SM_4C、负载匹配因数Lm_2C和LM_4C、传输品质因数1和频率偏移因数Fd ；S13，推导接收线圈反射到发射线圈的反射阻抗Z32 ；S14，对该反射阻抗Z32进行标幺化得到标幺化的反射阻抗& ；S15，通过该标么化的反射阻抗€分析该磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性，并将该传输特性与一目标值进行对比，如果达到目标值，则结束，如果没有达到目标值，则进入步骤S16 ；S16，根据步骤S15的分析结果调整该磁耦合谐振式无线电能传输系统的参数；以及S17，重复上述步骤S12至步骤S16直到传输特性达到目标值。上述步骤SlO中，所述磁耦合谐振式无线电能传输系统不限。本专利技术实施例以两线圈结构和四线圈结构为例进行说明。请参阅图2，本专利技术实施的两线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统10包括一电源100、一发射线圈120、一第一电容器122、一接收线圈130、一第二电容器132以及一负载150。所述电源100、所述发射线圈120以及所述第一电容器122串联形成一闭合回路。所述接收线圈130、所述第二电容器132以及所述负载150串联形成一闭合回路。所述发射线圈120与所述接收线圈130间隔设置。所述发射线圈120与所述接收线圈130 —起用于磁耦合谐振式无线电能传输。所述发射线圈120发射电能，所述接收线圈130接受电能并向所述负载150供电。请参阅图4，本专利技术实施的四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统20包括一电源100、一电源线圈110、一发射线圈120、一第一电容器122、一接收线圈130、一第二电容器132、一负载线圈140以及一负载150。所述电源线圈110的两端与所述电源100电连接并形成一闭合回路。所述发射线圈120与所述第一电容器122串联形成一闭合回路。所述接收线圈130与所述第二电容器132串联形成一闭合回路。所述负载线圈140的两端与所述负载150电连接并形成一闭合回路。所述发射线圈120与所述接收线圈130间隔设置。所述电源线圈110通过电磁感应使所述发射线圈120带电。所述发射线圈120与所述接收线圈130—起用于磁耦合谐振式无线电能传输。所述发射线圈120发射电能，所述接收线圈130接受电能并通过电磁感应使所述负载线圈140带电。所述负载线圈140向所述负载150供电。上述步骤Sll中，通过电路理论建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计方法，该方法包括以下步骤： S10，搭建一磁耦合谐振式无线电能传输系统模型； S11，建立所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路； S12，引入并计算电源匹配因数SM‑2C和SM‑4C、负载匹配因数LM‑2C和LM‑4C、传输品质因数TQ和频率偏移因数FD； S13，推导接收线圈反射到发射线圈的反射阻抗Z32； S14，对该反射阻抗Z32进行标幺化得到标幺化的反射阻抗；S15，通过该标幺化的反射阻抗分析该磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性，并将该传输特性与一目标值进行对比，如果达到目标值，则结束，如果没有达到目标值，则进入步骤S16；S16，根据步骤S15的分析结果调整该磁耦合谐振式无线电能传输系统的参数；以及 S17，重复上述步骤S12至步骤S16直到传输特性达到目标值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺明，赵争鸣，陈凯楠，贺凡波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11