[发明专利]无线电力传输装置的设计方法

权利要求书

1.一种无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：通过设计一组补偿电容来拓宽无线电力传输装置的有效工作范围，即当发射装置与接收装置的相对位置在很大范围内发生偏移时，无线电能传输装置均能维持额定功率的输出；首先测取收发装置完全对准时的线圈参数，再测取收发装置偏移到最大容许偏移值时的线圈参数，然后通过两次非线性规划建模与求解，得到最终的补偿电容容值；所述的设计方法包含以下步骤：

步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M₀；

步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M₁；

步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值C_opt0的非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值C_opt0；

步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1的非线性规划优化模型，以C_opt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值C_opt1。

2.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述的步骤B中的最大设计偏移值指无线电力传输装置发射装置中心与接收装置中心所允许偏离的最远距离，不超过线圈直径或边长的75％。

3.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述的步骤C中的目标函数指将设计需求或设计目标写成以补偿电容向量C为自变量的函数式，对于一般的无线电力传输装置，首先通过支持外部调用的电路仿真分析工具建立多线圈耦合无线电力传输装置系统电路模型，接着对模型进行仿真直到达到稳态，此时可获取系统输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流I_c等与设计目标直接相关参数的精确数值解，分别记为通过这些隐式的数值解进一步写出非线性规划模型的目标函数；

特别的，对于结构简单、补偿电容数目小于或等于三的无线电力传输装置，给定电源电压、额定工作频率、负载，测得线圈自感、内阻、耦合矩阵M₀及耦合矩阵M₁后，输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流I_c等与设计目标直接相关的参数均能够直接根据电路理论相应表示成补偿电容容值向量C的显式函数，分别记为P_o(C)、η(C)、U_c(C)和I_c(C)；非线性规划模型的目标函数优选通过这些显式的解析函数直接写出，避免反复的稳态仿真过程以缩短求解非线性规划问题的时间。