[发明专利]针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法

权利要求书

1.一种针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：

A.确定耦合线圈工作频段，参考国际电信联盟和电磁环境限值的相关标准，结合高频逆变电源工作频率，综合确定系统的工作频段；

B.确定线圈间能量传输效率与线圈设计参数的表征关系，结合系统的频率、传输距离的条件，列出线圈设计过程的限制条件，确定优化变量和函数；

C.基于系统传输性能的目标，选择利兹线，并计算得到利兹线的单线数和外径，并记录利兹线最大负载电流；

D.利用遗传算法对设计参数进行寻优计算，设置初代种群和进化代数；

E.用轮盘赌策略确定个体的适应度，判断是否符合优化准则，再依据适应度选择再生个体，再经过交叉和变异计算，选出子代群体，重新计算个体参数的适应度；待迭代过程结束后，解码对应的最优线圈设计参数。

2.根据权利要求1所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤A具体包括以下步骤：

A1.参考的国际电信联盟和电磁环境限值的相关标准为SAE-2954的标准；

A2.根据SAE-2954标准对无线充电核心频率的规定，且基于两线圈模式的无线充电系统，高频逆变电源工作频率选取为85kHz。

3.根据权利要求1所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤B具体包括以下步骤：

B1.根据无线充电系统模型，建立无线充电模型等效示意图；

B2.根据无线充电模型等效示意图，计算得到系统传输效率表达式，得到优化目标函数；

B3.根据毕奥-萨伐尔定律，计算互感的表达式，得到优化变量。

4.根据权利要求1所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.根据交流内阻和直流电阻之比，计算分析得到利兹线交流电阻表达式；

C2.根据负载功率和负载大小，计算负载电流，并按两倍过流裕量设计利兹线型号；

C3.根据线圈传输距离和外径比，确定线圈外径数值。

5.根据权利要求1所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤D具体包括以下步骤：

D1.采用遗传算法进行寻优计算，明确优化参数和优化目标；

D2.罗列线圈的优化目标及相应的约束条件；

D3.利用遗传算法，对优化参数进行编码，并设置初代种群和进化代数n。

6.根据权利要求1所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤E具体包括以下步骤：

E1.利用轮盘赌策略确定个体参数的适应度，并依据适应度选择最大参数的个体；

E2.经过相邻个体单点交叉和个体均匀变异计算，选出子代群体，重新计算个体参数的适应度；

E3.经过n次迭代后，得到最大M/R参数值，并对最大M/R时的匝数和匝间距参数进行编码，得到最优线圈模型。

7.根据权利要求3所述的针对无线电能传输常用的圆盘形线圈的参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤B2中的所述系统的传输效率表达式：

将式(1)进行变换，可以得到优化目标函数：

其中式(1)和式(2)中Rp和Rs为线圈交流内阻，Lp和Ls为线圈的自感，ω为系统工作频率，M为线圈间的互感，R_L为负载电阻；

基于毕奥-萨伐尔定律，两线圈间的互感可以通过单匝线圈模型的互感求得，两个单匝线圈之间的互感表达式为：

多匝线圈间的互感则可以通过每匝线圈间的互感和得到，简化为如下表达式为：

其中式(3)和式(4)中：r＝r₁＝r₂表示线圈平均半径；N＝N₁＝N₂表示线圈匝数，l表示传输距离，u₀为空气的磁导率，l₁和l₂为线圈长度。