[發明專利]基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化方法及系統

在審

• 申請號: 201811128288.5
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109256870A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 蔡春偉;秦沐;武帥;劉金泉;張言語;任秀云
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;山東船舶技術研究院
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/70;H02J7/00;H01F38/14
• 代理公司: 北京博訊知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11593
• 代理人: 柳興坤

本發明公開了一種基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化方法及系統，該方法包括：S1：根據用戶選擇的無線充電補償電路拓撲結構確定磁芯影響磁耦合裝置的輸出功率和效率的相關參數；S2：獲取對磁芯尺寸的約束條件；S3：以相關參數與磁芯尺寸之間的關系、磁芯的窗口面積與有效截面積的積與磁芯尺寸之間的關系、磁芯的體積與磁芯尺寸之間的關系為目標函數，通過粒子群算法求解滿足約束條件的磁芯尺寸；S4：判斷滿足約束條件的磁芯尺寸中是否存在滿足預設指標要求的磁芯尺寸，若是，執行S5，若否，執行S6；S5：輸出滿足預設指標要求的磁芯尺寸；S6：獲取新的約束條件，重復執行S3。本發明有利于提高磁耦合裝置的電能傳輸效果。

技術領域

本發明涉及無線充電技術領域，特別是一種基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化方法及系統。

背景技術

自主式水下航行器AUV(Autonomous underwater vehicle)是探索海底世界的重要工具，在民用以及軍用領域都有廣泛的應用，但由于受到自身體積與電池技術的限制，AUV不能夠長時間在水下工作，主要采用打撈回收后進行充電的方法，這種方式不僅智能化較低，而且耗時長、不夠便捷，大大降低了AUV的工作效率和隱蔽性。非接觸感應電能傳輸技術即無線充電技術，能夠讓AUV自主、快速、高效地完成充電，是目前水下AUV電能傳輸的理想選擇。

目前關于無線充電技術的研究主要集中在電路拓撲結構、阻抗匹配以及控制策略等方向，對于磁耦合裝置本身的優化設計的研究較少。但是磁耦合裝置作為無線充電系統中至關重要的部分，與無線充電的傳輸功率與效率有著密切的聯系，可以說磁耦合裝置設計是否合理在一定程度上決定了無線充電系統性能的優劣。

為實現較高的傳輸能力，應用于大功率無線充電的磁耦合裝置通常會添加磁芯來約束磁場，但是在現有的磁耦合裝置設計過程中，通常會根據功率等級直接選用標準尺寸的磁芯，而不考慮具體的應用環境，致使電能傳輸效果較差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化方法及系統，有利于提高磁耦合裝置的電能傳輸效果。

為達到上述目的，本發明的技術方案提供了一種基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化方法，包括：

步驟S1：根據用戶選擇的無線充電補償電路拓撲結構確定磁芯影響磁耦合裝置的輸出功率和效率的相關參數；

步驟S2：獲取對磁芯尺寸的約束條件；

步驟S3：以所述相關參數與磁芯尺寸之間的關系、磁芯的窗口面積與有效截面積的積與磁芯尺寸之間的關系、磁芯的體積與磁芯尺寸之間的關系為目標函數，通過粒子群算法求解滿足約束條件的磁芯尺寸；

步驟S4：判斷滿足約束條件的磁芯尺寸中是否存在滿足預設指標要求的磁芯尺寸，若是，執行步驟S5，若否，執行步驟S6；

步驟S5：輸出所述滿足預設指標要求的磁芯尺寸；

步驟S6：獲取新的約束條件，并重復執行步驟S3。

進一步地，所述無線充電補償電路拓撲結構為原邊串聯諧振、副邊并聯諧振的SP補償網絡，所述相關參數為磁芯的耦合系數。

進一步地，所述磁芯為E型磁芯，所述磁芯尺寸包括磁芯的窗口高度、磁芯的窗口寬度、磁芯邊柱寬度。

進一步地，所述預設指標要求包括耦合系數指標要求、繞組匝數指標要求、繞組截面積指標要求、磁耦合裝置的輸出功率指標要求、磁耦合裝置的效率指標要求中的至少一種。

進一步地，所述磁耦合裝置應用于自主式水下航行器。

為實現上述目的，本發明的技術方案還提供了一種基于粒子群算法的無線充電磁耦合裝置優化系統，包括：