[发明专利]高鲁棒性无线电能传输系统谐振频率优化设计方法

摘要

本发明公开了一种高鲁棒性无线电能传输系统谐振频率优化设计方法，分别设置无线电能传输系统的谐振频率f0和激励频率f的范围；分别计算无线电能传输系统的正向传输系数|S21|，以及谐振频率f0所对应的差值Ax和Bx；通过判定差值Ax与Bx的乘积是否大于等于零，得到无线电能传输系统的极点谐振频率f0p；分别计算极点谐振频率f0p对应的效率评价参数ap，满足ap≥0.85的极点谐振频率定义为高效谐振频率f0q；分别计算高效谐振频率f0q下的波动因子σq，并进行比较，最小的效率波动因子σqmin对应的高效谐振频率即为高鲁棒性无线电能传输系统的最优谐振频率。本发明有效解决了电路参数发生漂移时系统效率急剧下降的问题，为增强无线电能传输系统的鲁棒性提供了一个新思路。

主权项

1.高鲁棒性无线电能传输系统谐振频率优化设计方法，其特征在于具体步骤为：(1)、设置无线电能传输系统的源线圈和负载线圈均为半径为r₁的单匝线圈，发射线圈和接收线圈均为起始半径为r₂的两匝平面螺旋线圈，匝间距为r₂/13；发射线圈和接收线圈平行相对且相对设置于平行相对的源线圈和负载线圈之间，源线圈距发射线圈以及负载线圈距接收线圈的距离均为r₂/13；源线圈通过源电压V_S、源内阻R_S和电容C₁形成闭合回路；发射线圈通过电容C₂形成闭合回路；接收线圈通过电容C₃形成闭合回路；负载线圈通过负载电阻R_L和电容C₄形成闭合回路；发射线圈与接收线圈之间的传输距离d为r₂/3；(2)、计算无线电能传输系统线圈之间的互感，分别设置无线电能传输系统的谐振频率f₀的范围为[f_0min，f_0max]，激励频率f的范围为[f_min，f_max]，在以上频率设定范围内，谐振频率以1MHz为步进，激励频率以0.1MHz为步进，在每个谐振频率f_0i(i＝1,2,3…)处，测量得到所有激励频率f_j(j＝1,2,3…)下无线电能传输系统的全部正向传输系数|S₂₁|_(i,j)；(3)、不考虑激励频率的最小值f_min和最大值f_max这两个频率点，对无线电能传输系统的谐振频率为f_0i时测量得到的正向传输系数用步骤(2)中得到的第j个正向传输系数|S₂₁|_(i,j)减去第j‑1个正向传输系数|S₂₁|_(i,j‑1)得到差值A_x(x＝1,2,3…j‑1)；用步骤(2)中得到的第j个正向传输系数|S₂₁|_(i,j)减去第j+1个正向传输系数|S₂₁|_(i,j+1)得到差值B_x(x＝1,2,3…j‑1)；(4)、对谐振频率范围[f_0min，f_0max]内的每个谐振频率f_0i都进行如步骤(3)中的操作，并记录每个谐振频率f_0i下所对应的差值A_x和B_x，若满足条件A_x×B_x≥0，则定义该谐振频率为极点谐振频率f_0p(1≤p≤i_max,i_max为i的最大值)，并记录该极点谐振频率f_0p以及其所对应的全部正向传输系数|S₂₁|_(p,j)，统计极点谐振频率f_0p下的正向传输系数的个数n；若满足条件A_x×B_x<0，则不做记录；(5)、对与步骤(4)中记录的无线电能传输系统的每个极点谐振频率f_0p对应的全部正向传输系数|S₂₁|_(p,j)的值分别相加后除以步骤(4)中得到的每个极点谐振频率f_0p对应的正向传输系数个数n，得到每个极点谐振频率f_0p下的无线电能传输系统的效率评价参数a_p；若满足a_p≥0.85，则定义该极点谐振频率f_0p为高效谐振频率f_0q(1≤q≤p_max,p_max为p的最大值)，并记录该高效谐振频率f_0q以及其对应的全部正向传输系数|S₂₁|_(q,j)和效率评价参数a_p；若a_p<0.85，则不做记录；(6)、用步骤(5)中记录的每个高效谐振频率f_0q对应的全部正向传输系数|S₂₁|_(q,j)分别减去步骤(5)中得到的对应每个高效谐振频率f_0q的效率评价参数a_p，并对结果求平方和后分别除以步骤(4)中得到的对应每个高效谐振频率f_0q的正向传输系数个数n，得到每个高效谐振频率f_0q下无线电能传输系统的波动因子σ_q；(7)、对步骤(6)中记录的全部无线电能传输系统的波动因子σ_q进行比较，找出无线电能传输系统的最小的非零波动因子σ_qmin，其所对应的高效谐振频率f_0q即为高鲁棒性无线电能传输系统的最优谐振频率。