[發(fā)明專利]一種全方向無線電能傳輸系統(tǒng)及其尋優(yōu)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710888029.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107508389B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭宗華;張偉豪;陳為;李少綱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/80
• 分類號(hào): H02J50/80
• 代理公司: 35100 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種全方向無線電能傳輸系統(tǒng)的尋優(yōu)控制方法，其特征在于：提供一全方向無線電能傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射模塊、接收模塊、無線通信模塊，所述發(fā)射模塊包括依次連接的高頻逆變電路、發(fā)射側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈，所述高頻逆變電路輸入端連接至直流源，所述發(fā)射線圈為兩個(gè)以上正交線圈組成，所述發(fā)射模塊還包括一與所述高頻逆變電路連接的中央處理單元；所述接收模塊包括依次連接的接收線圈、接受側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、高頻整流電路、接收側(cè)電能轉(zhuǎn)換電路、負(fù)載、采樣反饋電路；所述無線通信模塊用于實(shí)現(xiàn)接收線圈及采樣反饋電路與中央處理單元的通信；所述中央處理單元用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射線圈、接收線圈、采樣反饋電路數(shù)據(jù)的接收及處理，以實(shí)現(xiàn)全方向無線電能傳輸；

該尋優(yōu)控制方法，包括如下步驟，

S1、基于畢奧-薩伐爾定律推導(dǎo)出，線圈周圍的磁場(chǎng)矢量與線圈的電流矢量成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過調(diào)節(jié)電流矢量即可實(shí)現(xiàn)全方向的磁場(chǎng)分布：

設(shè)圓形線圈在xoy平面上，由畢奧-薩伐爾定律知，圓形線圈的電流元在空間任意點(diǎn)P(x,y,z)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

其中，為電流元指向空間P點(diǎn)的矢量，μ₀為真空磁導(dǎo)率；由于線圈上的微小單元及為：

其中，R為線圈半徑，θ表示電流元與x軸的夾角，故有

其中，B_1x，B_1y，B_1z表示圓形線圈1在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別在x,y,z軸方向的分量，電流元與P點(diǎn)的距離為

因此，由式(5)可知，線圈周圍的磁場(chǎng)矢量與線圈電流矢量成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，正交線圈形成的磁場(chǎng)即可通過線性疊加得到：

其中，下標(biāo)1，2，3分別表示正交線圈中圓形線圈1，2，3；B_x，B_y，B_z為三個(gè)線圈在x,y,z方向總磁場(chǎng)強(qiáng)度；

S2、將單位空間進(jìn)行N等分，得出指向每一單元所對(duì)應(yīng)的電流矢量I_k；

S3、對(duì)發(fā)射線圈進(jìn)行周期性全方向的掃描，實(shí)時(shí)獲取負(fù)載的電壓、電流值，建立負(fù)載所在的方位與充電功率大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的定位；由于采用全方向掃描方式，可以簡(jiǎn)化多負(fù)載同時(shí)在線的復(fù)雜模型，建立單負(fù)載的模型；

考慮二維平面的單一負(fù)載情況，由基爾霍夫定律可得：

其中，U₁,U₂,I₁,I₂,I₃表示為線圈的電壓和電流，Ui表示第i個(gè)線圈的電壓，Ii表示第i個(gè)線圈的電流；R₁，R₂，R₃，X₁，X₂，X₃為阻抗情況，Ri表示第i個(gè)線圈的電阻，Xi表示第i個(gè)線圈的電抗，它們都為已知或可測(cè)量的參數(shù)，因此可以得到未知負(fù)載的參數(shù)R_L，M₁₃，M₂₃，RL為負(fù)載電阻，M13表示線圈1，3之間的互感，M23表示線圈2，3之間的互感；

S4、通過跟蹤優(yōu)化算法，對(duì)周圍空間的M個(gè)負(fù)載進(jìn)行時(shí)分復(fù)用充電，從而實(shí)現(xiàn)總體電能傳輸效率最優(yōu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全方向無線電能傳輸系統(tǒng)的尋優(yōu)控制方法，其特征在于：所述高頻逆變電路為E類功放、半橋或全橋電路，直流源經(jīng)E類功放、半橋或全橋電路逆變?yōu)殚_關(guān)頻率為100k～30MHz的高頻交流，作為高頻逆變?cè)礊榘l(fā)射線圈供能；所述高頻逆變?cè)礊槿齻€(gè)獨(dú)立的高頻逆變?cè)礊槿齻€(gè)發(fā)射線圈供能，或由一個(gè)高頻逆變?cè)唇?jīng)移相電路為三個(gè)發(fā)射線圈供能。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全方向無線電能傳輸系統(tǒng)的尋優(yōu)控制方法，其特征在于：所述發(fā)射側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、接收側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)為串聯(lián)補(bǔ)償、并聯(lián)補(bǔ)償或多階補(bǔ)償，用于補(bǔ)償無功分量及提高系統(tǒng)效率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全方向無線電能傳輸系統(tǒng)的尋優(yōu)控制方法，其特征在于：所述發(fā)射線圈由三個(gè)正交螺線管型線圈、平面螺旋形線圈組成。