[发明专利]一种基于特征值的双线圈无线供电系统的谐振频率配置方法

说明书

本发明涉及无线供电技术领域，具体公开了一种基于特征值的双线圈无线供电系统的谐振频率配置方法，该方法首先基于KVL定理建立双线圈无线供电系统的二阶时域模型(步骤S1)；然后，利用特征值原理得到系统的自然频率的计算式，通过对该计算式进行求解，得到用于求解原副边谐振电容C₁、C₂的方程组，进一步通过代入已知参数，求解得到原副边谐振电容C₁、C₂的不同取值组合(步骤S2)；然后，基于不同的取值组合，利用仿真，得到磁场激励频率和输出电流、充电效率的关系曲线(步骤S3)；最后，通过对这些关系曲线进行分析，根据实际系统需求，确定最优原副边谐振电容C₁、C₂取值，以及最优的系统实际工作频率。

技术领域

本发明涉及无线供电技术领域，尤其涉及基于特征值的双线圈无线供电系统的谐振频率配置方法。

背景技术

无线电能传输以其应用条件的宽泛性和灵活性，目前已广泛地应用于电动汽车、医疗器械和家用电器等领域。无线电能传输系统的谐振频率定义为使系统输出功率达到峰值时所对应的电源频率。无线电能传输系统由于耦合强度的改变，系统谐振频率的个数发生变化，该现象称为频率分裂。两线圈系统可以通过耦合模理论和电路理论得到频率分裂的条件。目前，无线供电系统的建模方式通常有耦合模理论、电路理论建模、二端口理论。以上三种方式求取系统谐振点的方法通常也是计算系统的功率与效率表达式，来寻找功率极值点处的频率作为系统的谐振频率，但这种方式未综合考虑功率与效率，在追求高功率的时候牺牲了系统的传输效率，并且因未考虑原边谐振电容与副边谐振电容对系统的影响因素，所得谐振频率下的极值功率往往还不是该系统通过配置参数可实现的最佳功率。

发明内容

本发明提供基于特征值的双线圈无线供电系统的谐振频率配置方法，解决的技术问题问题在于：如何对双线圈无线供电系统的谐振频率进行最佳配置。

为解决以上技术问题，本发明提供基于特征值的双线圈无线供电系统的谐振频率配置方法，包括步骤：

S1：基于KVL定理，通过时域建模得到设有单个发射线圈和单个接收线圈的双线圈无线供电系统的二阶振荡模型；

S2：基于已知的发射线圈和接收线圈的自感和两者之间的互感，以及期望的系统谐振角频率，对所述二阶振荡模型求解，得到双线圈无线供电系统中原边谐振电容与副边谐振电容的每个电容取值组合；

S3：在已知的相同参数下对每个电容取值组合的双线圈无线供电系统进行仿真，确定不同谐振电容取值组合下的磁场激励频率和输出电流、充电效率的关系曲线；

S4：对照各个关系曲线，根据双线圈无线供电系统实际的工作频率要求、输出功率要求、效率要求确定原边谐振电容与副边谐振电容的具体取值以及系统实际工作频率。

进一步地，所述步骤S1中，所述二阶振荡模型为无阻尼自由振荡模型。

进一步地，所述无阻尼自由振荡模型表示为：

其中，

L₁、L₂分别表示所述发射线圈和所述接收线圈的自感，M表示所述发射线圈和所述接收线圈之间的互感，C₁、C₂分别表示所述原边谐振电容和所述副边谐振电容，i₁(t)、i₂(t)分别表示流过所述发射线圈和所述接收线圈的电流，表示对I 进行二阶求导。

进一步地，所述步骤S2中，对所述二阶振荡模型求解包括步骤：

S21：基于所述无阻尼自由振荡模型构建所述双线圈无线供电系统的自然角频率的表达式；