[发明专利]一种磁耦合共振阻抗匹配参数提取方法及系统

说明书

本发明公开一种磁耦合共振阻抗匹配参数提取方法及系统，适用于磁耦合共振无线电传输系统，方法包括：构建阻抗匹配电路模型；根据阻抗匹配电路模型，建立系统传输效能评估函数；根据系统传输效能评估函数，确定匹配阻抗参数；根据匹配阻抗参数，采用粒子群算法进行阻抗匹配，提取优化的匹配阻抗参数。本发明针对频率分裂情况下利用负载对最大传输距离和传输效率两个目标进行优化存在矛盾的问题，将减小负载以增大系统最大传输距离与增大阻抗提升在分裂区的传输效率的对立影响因素统一起来，构建磁耦合共振的传输效能优化模型。在此基础上，为了提高阻抗匹配的精度和速度，提出基于粒子群算法的阻抗匹配方法，解决了匹配阻抗参数的最优提取问题。

技术领域

本发明属于磁耦合无线电能传输领域，主要涉及一种磁耦合共振阻抗匹配参数提取方法及系统。

背景技术

无线电能传输技术是一种用电设备与电源完全隔离的能量传输技术，具有高安全性、高可靠性以及高灵活性等优点，在电动汽车、消费类电子和传感器等领域具有广阔的应用前景。通常无线电能传输有三种方法原理：一是微波无线电能传输方式，二是电磁感应无线电能传输方式，三是磁耦合共振无线电能传输方式。

当磁耦合共振无线电能传输系统工作在临界耦合状态时，效率较高。当系统工作在过耦合状态，系统频率会发生分裂，导致系统效率降低，因此会严重制约其应用场景。其发生机理是：由于无线电能传输距离的改变或谐振线圈之间发生偏移、负载改变等多方面的影响使系统的输入阻抗发生变化，导致输入阻抗与射频源内阻不匹配，耦合因数超过临界耦合值而出现的频率分裂，使传输效率大幅下降。

由于频率分裂的本质是输入阻抗特性发生改变所导致，可以通过调节系统的工作频率来提高系统在原谐振频率处的传输效率，但是该方法无法满足系统频率工作在窄带宽的要求。此外，虽然可通过调节耦合系统来抑制频率分裂，比如调节收发线圈之间的距离或者调节电源的内阻抗等办法，但实际上这些措施在应用场景里不便实现，也难以做到对频率分裂抑制的精确量化控制。为此，有必要设计一种磁耦合共振系统传输效率的方法，通过粒子群算法和评价函数分别提取电容、电感和阻抗三个参数，使得传输效能达到最优化。

通常，业界为抑制频率分裂主要采取在射频源和发射线圈之间加入阻抗匹配网络的办法，本发明针对频率分裂情况下利用负载对最大传输距离和传输效率两个目标进行优化存在矛盾的问题，将减小负载以增大系统最大传输距离与增大阻抗提升在分裂区的传输效率的对立影响因素统一起来，构建磁耦合共振的传输效能优化模型。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种磁耦合共振阻抗匹配参数提取方法及系统，用以解决上述至少一个技术问题。

根据本发明说明书的一方面，提供一种磁耦合共振阻抗匹配参数提取方法，适用于磁耦合共振无线电传输系统，所述方法包括：

构建阻抗匹配电路模型；

根据所述阻抗匹配电路模型，建立系统传输效能评估函数；

根据所述系统传输效能评估函数，确定匹配阻抗参数；

根据所述匹配阻抗参数，采用粒子群算法进行阻抗匹配，提取优化的匹配阻抗参数。

上述技术方案针对频率分裂情况下利用负载对最大传输距离和传输效率两个目标进行优化存在矛盾的问题，将减小负载以增大系统最大传输距离与增大阻抗提升在分裂区的传输效率的对立影响因素统一起来，构建磁耦合共振的传输效能优化模型。在此基础上，为了提高阻抗匹配的精度和速度，进一步提出一种基于粒子群算法的阻抗匹配方法，解决了匹配阻抗参数(发射端电容电感组合)的最优提取问题。

作为进一步的技术方案，根据系统的传输函数和效率函数建立系统传输效能评估函数，如下式所示：