[发明专利]无线电力传输装置的设计方法

摘要

一种无线电力传输装置的设计方法，包括以下步骤步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M0；步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M1；步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值Copt0；步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，以Copt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值Copt1。

主权项

一种无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：通过设计一组补偿电容来拓宽无线电力传输装置的有效工作范围，即当发射装置与接收装置的相对位置在很大范围内发生偏移时，无线电能传输装置均能维持额定功率的输出；首先测取收发装置完全对准时的线圈参数，再测取收发装置偏移到最大容许偏移值时的线圈参数，然后通过两次非线性规划建模与求解，得到最终的补偿电容容值；所述的设计方法包含以下步骤：步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M0；步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M1；步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值Copt0的非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值Copt0；步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值Copt1的非线性规划优化模型，以Copt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值Copt1；建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值Copt1的非线性规划优化模型时，需同时考虑所述无线电力传输装置在收发线圈完全对准情况下所述无线电力传输装置输出功率P0、效率η0和无线电力传输装置在收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下所述无线电力传输装置的输出功率P1、效率η1；此时，需引入4个权重向量α1、α2、β1、β2，以及衰减系数к，4个权重向量α1、α2、β1、β2，以及衰减系数к均在0～1之间取值，权重向量应满足α1+α2＝β1+β2＝0.5，к表示最大设计偏移值的情况下无线电力传输装置的系统输出功率与在收发线圈完全对准情况下无线电力传输装置的系统输出功率的比值；根据无线电力传输装置额定输出功率Pr，在收发线圈完全对准情况下仿真所述无线电力传输装置电路模型得到的输出功率数值解效率的数值解以及在无线电力传输装置收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下仿真所述无线电力传输装置电路模型得到的输出功率数值解效率数值解写出目标函数f(C)的表达式，采用同步骤C相同的约束条件，建立补偿电容容值向量C为优化变量的非线性规划优化模型：最小化满足式中，Cmin为补偿电容器组容值下限，Cmax为补偿电容器组容值上限，Uc为电容电压，Udc为电容标称的耐压值，Nser为补偿电容器组串联电容的数目，Ic为电容电流，Npar为补偿电容器组并联电容的数目，Irms为电容的标称电流。