[发明专利]基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法

权利要求书

1.基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法，其特征在于，首先确定无线功率传输系统的参数，然后确定线圈参数，绘制电磁辐射模型；选择谐振拓扑电路，从而绘制耦合电路；根据静电场计算电感值，根据涡流场计算电感阻抗，根据瞬态场仿真电磁辐射；对线圈的不同参数进行修改，重复根据静电场计算电感值、根据涡流场计算电感阻抗、根据瞬态场仿真电磁辐射的过程；最终，根据分析不同的线圈参数下的仿真结果，指导无线功率传输系统的设计以及电磁辐射抑制；具体过程如下：

(一)、确定参数，绘制建立系统电磁辐射模型；

对于一个无线功率传输系统，首先确定其基本参数，即输入电压U₁与工作频率f；线圈耦合系数k，由线圈距离d、相对位移s、相对角度匝间距离a、线圈面积S决定，视作变量；对于线圈，确定的线圈参数有线径D、匝间距离a以及线圈内径l；

选取平面螺旋线圈，激励产生的电流流过发射侧电感L₁并产生与电流方向垂直的磁场；当磁场穿过接收侧电感L₂后，产生感应电动势并在接收侧线圈和负载中产生电压和电流，从而绘制电磁辐射模型；

(二)、选择谐振拓扑，绘制系统耦合电路；

谐振拓扑电路包括发射侧与接收侧两个谐振单元，每个谐振单元由谐振线圈与谐振电容构成，谐振线圈与谐振电容的谐振方式有串联谐振和并联谐振，共有串联-串联、串联-并联、并联-串联以及并联-并联四种拓扑电路；

根据选择的谐振拓扑电路，绘制耦合电路；

(三)、仿真计算不同谐振参数下电磁辐射分布；

在电磁辐射模型中导入耦合电路，将电磁辐射模型与耦合电路二者耦合；然后选择静磁场求解器下添加直流电流激励，并设置电感矩阵Matrix，计算发射侧线圈和接收侧线圈的电感值；更改求解器为涡流场求解器后，设置工作频率为f，并设置阻抗矩阵Matrix，计算出发射侧线圈的交流电阻值R₁和接收侧线圈的交流电阻值R₂；最后，在瞬态场下，对无线功率传输系统在不同工作状态下的电磁辐射进行仿真分析：1.改变线圈距离d；2.改变线圈相对位移s；3.改变相对角度4.改变匝间距离a；5.改变线圈面积S，从而得到各工作状态下电磁辐射分布，即为仿真结果；

(四)、分析仿真结果，为实际系统电磁辐射抑制提供指导。

2.根据权利要求1所述的基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法，其特征在于，步骤(一)中选取平面螺旋线圈后，为了简化建模，将平面螺旋线圈近似等效为一簇等间距的同心圆；为方便计算，选取二维对称结构，两个线圈各有N匝且镜像对称；若增加传输距离，在发射线圈与接收线圈间加设多个中继线圈。

3.根据权利要求2所述的基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法，其特征在于，步骤(二)中谐振电容根据下式(1)的谐振频率条件计算：

式中，j是一个复数标志，ω为系统谐振频率，L为谐振电感，C为谐振电容，为查看谐振拓扑电路是否工作正常，需要添加电压表与电流表，当接收侧谐振电流IL2滞后发射侧谐振电流IL1 90度时，此时谐振频率条件公式(1)成立。

4.根据权利要求1所述的基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法，其特征在于，步骤(三)中将电磁辐射模型与耦合电路二者耦合时，线圈耦合系数k值导致无线功率传输系统的功率与效率发生变化，进而影响无线功率传输系统的电磁辐射。

5.根据权利要求3所述的基于谐振式无线功率传输的环形线圈电磁辐射预测方法，其特征在于，当线圈耦合系数k大于0.2时，即发射侧线圈与接收侧线圈距离较近、相对面积较大；当线圈耦合系数k小于0.2时，发射侧线圈与接收侧线圈距离较远、相对面积较小。