[發(fā)明專利]一種磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的中繼端位置確定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811546300.4
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN111342563A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王浩;張福亮;李敬;王玉澤;李鐵成;朱配清;趙振江;孫哲鋒;陳睿
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工慣性技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的中繼位置確定方法，包括以下步驟：S1配置磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)；S2計算系統(tǒng)總能量；S3構(gòu)建加入中繼端后的磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)諧振子電路；S4根據(jù)電路拓?fù)浣⒁载?fù)載電壓為核心的能量傳輸模型；S5建立中繼系數(shù)模型，得出當(dāng)中繼端位于發(fā)射端與接收端正中心時系統(tǒng)傳輸效率最高。本發(fā)明利用耦合模理論對中繼系統(tǒng)的功率模型進(jìn)行分析，得出中繼系統(tǒng)的功率與非中繼系統(tǒng)的功率具有相同的變化規(guī)律；利用電磁仿真分析系統(tǒng)在中繼線圈工作狀態(tài)下的磁場分布情況，分析中繼系統(tǒng)的電路模型，獲得負(fù)載電壓比，計算中繼系數(shù)，確認(rèn)中繼位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線電能傳輸領(lǐng)域，特別是一種磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的中繼位置確定方法。

技術(shù)背景

無線電能傳輸技術(shù)大致可以分為三類：第一類是電磁感應(yīng)耦合式，第二類是微波無線電能傳輸技術(shù)，第三類是電磁耦合諧振方式，也稱為witricity技術(shù)，美國MIT學(xué)院最早開始該方向的研究。作為一種新的電能傳輸技術(shù)，電磁耦合諧振式基于強(qiáng)耦合的概念，基本原理是兩個具有相同自諧振頻率的諧振體之間可以實現(xiàn)高效的能量交換，電磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)，在傳輸距離上介于感應(yīng)耦合技術(shù)和微波傳輸技術(shù)之間，該技術(shù)具有較大的傳輸距離，采用非輻射技術(shù)對人體沒有傷害，具有良好的穿透性，不受非金屬障礙物影響，發(fā)展前景廣闊，目前國內(nèi)外在諧振式無線電能傳輸技術(shù)的研究還處于初步階段，有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決，如能量傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)、能量傳輸系統(tǒng)的位置信息等都是進(jìn)一步深入研究的方向。目前多數(shù)研究都是根據(jù)理論模型進(jìn)行的實際的傳輸效果研究，研究重點(diǎn)在于如何通過改變傳輸機(jī)構(gòu)或者調(diào)整傳輸能量信號的特性來實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)母咝Щ瑢τ趥鬏敊C(jī)構(gòu)中的位置信息研究較少，且大多停留在多級傳輸?shù)奈恢糜绊懛治錾稀ｋ姶篷詈现C振無線電能傳輸系統(tǒng)中使用中繼端的目的是為了增強(qiáng)磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸距離或者提高同等距離情況下的能量傳輸效率，但中繼端在磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)中的位置不同無線能量傳輸距離及效率也會不同，哪個位置最優(yōu)目前尚無相關(guān)研究報道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的中繼位置確定方法，通過定量分析確定中繼結(jié)構(gòu)位置的定位方法。

一種磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的中繼位置確定方法，包括以下步驟：

S1.配置磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，發(fā)射端、中繼端和接收端三個諧振體具有相同的自諧振參數(shù)，并且處于同一軸線上；

S2.計算系統(tǒng)總能量

根據(jù)耦合模理論，具有中繼端的磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的耦合方程組為：

其中a₁、a₂、a₃分別表示發(fā)射端、中繼端、接收端三個諧振體的耦合模幅度；Γ₁、Γ₂、Γ₃分別表示發(fā)射端、中繼端、接收端三個諧振體的損耗率；k₁₂、k₁₃、k₂₁、k₂₃、k₃₁、k₃₂分別表示發(fā)射端與中繼端、發(fā)射端與接收端、中繼端與發(fā)射端、中繼端與接收端、接收端與發(fā)射端、接收端與中繼端之間的耦合系數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的互易性：k₁₂＝k₂₁＝k₁、k₂₃＝k₃₂＝k₂、k₁₃＝k₃₁＝k₃；根據(jù)步驟S1的系統(tǒng)配置，發(fā)射端和接收端之間的耦合系數(shù)k₃＝0；

計算得到系統(tǒng)總能量W(t)為：