[发明专利]一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法

说明书

本发明公开了一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法，包括：根据多发射单接收WPT系统建立电流型和电压型优化电路的等效电路；获取各个参量之间的关系式，并根据电流型优化电路，优化各发射线圈上的电流参量，获得系统的最大负载获得功率，与加载在各发射线圈上的电压源馈电电压参量；根据电压型优化电路，优化各电压源馈电电压，获得系统的最大负载获得功率，与流入各发射端口的电流参量；系统定功率输入且满足最大负载获得功率传输时，调节电压型优化电路的发射端并联电容C的值，实现在确定传输距离上对发射端馈电电压参量和输入电流参量的调节。本发明为避免多发射单接收WPT系统出现过压和过流引起电路器件的损毁提供明确的指导。

技术领域

本发明涉及多发射单接收无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术领域，尤其涉及一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法。

背景技术

近年来，近场磁谐振WPT技术由于能够通过无线的方式将电能高效地传递到负载上而获得越来越多的研究。

最初由美国麻省理工科研团队实现的单发射单接收磁谐振WPT可在收发端相距2m处，电能传输效率达40％。随后，针对系统控制、电能传输稳定性分析、空间磁场的生物体损害等方面开展了诸多的理论与实验研究。这种单发射线圈结构系统，当接收线圈远离发射线圈超过一定阈值，负载获得功率会快速降低。这种缺陷催生并加速多发射线圈WPT系统的发展，多发射线圈WPT系统可以通过设置多发射线圈的分布结构有效提高WPT的一维距离、二维范围大小、三维空间大小。针对本专利涉及的多发射单接收线圈系统，可根据接收线圈所处的不同位置选择相应的发射线圈进行供电，这种方案需要对接收线圈所处位置进行定位以及设计对发射线圈进行馈电控制的电路，但是可以避免所有发射线圈接入馈电电路引起的较大功率损耗。也可优化各发射线圈上电流参量的幅度和相位来实现最大的负载获得功率的传输。

然而上述多发射单接收WPT方面的研究。为获得最大负载获得功率的传输，都需要优化各发射线圈上的电流参量以及控制多个馈电源电压参量。对于优化发射电流参量或馈电电压参量超过系统元件的限流值或电源最大供电电压值，导致系统元器件损坏或不能实现最大负载获得功率的传输问题，目前还缺乏一套步骤明确，理论成熟的设计方案。

发明内容

本发明提供了一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法，主要涉及基于电压型优化电路实现馈电电压参量和输入电流参量的可调方法，为总馈电功率确定的条件下，实现最大负载获得功率传输以及馈电电压参量和输入电流参量的可调提供明确的指导。

第一方面，本发明提供一种馈电电参量可调的多发射单接收WPT优化方法，包括：

步骤1，根据多发射单接收WPT系统建立两种等效电路；所述多发射单接收WPT系统包括若干个高频电源、若干个发射线圈以及单个接收线圈；所述两种等效电路包括电流型优化电路和电压型优化电路；

所述电流型优化电路的发射端和接收端均采用电容C串联补偿拓扑；所述电压型优化电路的发射端采用串电感-并电容-串电容的LCC补偿拓扑，所述电压型优化电路的接收端采用电容C串联补偿拓扑；

步骤2，根据所述电流型优化电路，利用基尔霍夫电路定律获得所述电流型优化电路的总馈入系统功率和负载获得功率分别与各发射线圈上的电流参量的关系式；

根据所述电压型优化电路，利用基尔霍夫电路定律获得所述电压型优化电路的总馈入系统功率和负载获得功率分别与各电压源馈电电压参量的关系式；

步骤3，根据所述电流型优化电路，利用拉格朗日乘数法优化所述各发射线圈上的电流参量，获得系统的最大负载获得功率，并推导获得对应的加载在所述各发射线圈上的电压源馈电电压参量；

根据所述电压型优化电路，利用拉格朗日乘数法优化所述各电压源馈电电压，获得系统的最大负载获得功率，并推导获得对应的流入各发射端口的电流参量；