[发明专利]基于遗传算法的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法，先选定三线圈无线电能传输系统的拓扑电路并确定优化目标；计算发射线圈、中继线圈和接收线圈的自感、互感和交流电阻，将三线圈无线电能传输系统的输出功率、传输效率、线圈尺寸、过流、线圈成本、带宽、ZPA特性的要求转化为遗传算法的约束条件；设置遗传算法的结束条件和变异率，基于约束条件并采用遗传算法对优化目标进行求解，得到三线圈无线电能传输系统的目标优化结果；根据所得目标优化结果，搭建三线圈无线电能传输系统。在给定的输入电压下，传输距离为1m时的传输效率超过80％，按照优化结果搭建的三线圈无线电能传输系统符合预期性能指标。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，涉及一种基于遗传算法的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法。

背景技术

相较于传统有线电能传输技术而言，无线电能传输能够克服或避免有限电能传输技术在特殊应用场合下存在的固有缺陷和安全隐患，并能够为电子设备馈电受客观环境限制这一难题提供有效的解决方案，具有无可比拟的优势和广阔的发展前景。无线电能传输技术的不断进步有力地促进了植入式医疗设备、家用电器、移动设备、电动汽车、智能电网监测设备等许多应用技术的快速发展。

无线电能传输系统的设计是一个非常重要的问题，较高的工作频率以及较低的交流损耗和成本是确保三线圈无线电能传输系统成功开发的关键。目前学者们的研究多聚焦于两线圈无线电能传输系统。然而当传输距离提高到米级时，两线圈无线电能传输系统面临线圈尺寸过大和线圈成本过高的难题。因此适用于中距离传输的三线圈无线电能传输系统亟需一套高效的设计方案。

公开号为CN110601378的发明专利公开了一种三线圈无线电能传输系统的优化设计方法，该专利进行的是局部优化，优化效果有待提升，且其假定输入电压是可以在一定范围内调节的，并在此基础上进行优化，这在工程上是难以实现的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于遗传算法的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法，以现有的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法的优化效果有待提升的问题，以及现有的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法假定输入电压是可以在一定范围内调节，导致在工程上难以实现的问题。

本发明实施例所采用的技术方案是：基于遗传算法的三线圈无线电能传输系统的优化设计方法，包括：

步骤S1、选定三线圈无线电能传输系统的拓扑电路并确定优化目标；

步骤S2、计算发射线圈、中继线圈和接收线圈的自感、互感和交流电阻，将三线圈无线电能传输系统的输出功率、传输效率、线圈尺寸、过流、线圈成本、带宽、ZPA特性的要求转化为遗传算法的约束条件；

步骤S3、设置遗传算法的结束条件和变异率，基于约束条件并采用遗传算法对优化目标进行求解，得到三线圈无线电能传输系统的目标优化结果；

步骤S4、根据所得目标优化结果，搭建三线圈无线电能传输系统。

进一步的，步骤S1的拓扑电路包括第一电感L₁、第二电感L₂、第一电容C₁和第二电容C₂，第一电感L₁一端与输入电源正极连接，第一电感L₁另一端同时与第二电感L₂以及第一电容C₁连接，第一电容C₁另一端与输入电源一端另连接，第二电感L₂另一端同时与第二电容C₂以及三线圈无线电能传输系统连接，第二电容C₂以及三线圈无线电能传输系统另一端与输入电源负极连接。