[發明專利]一種IPT系統圓角方形耦合器的參數設計方法

有效

• 申請號: 202010848401.8
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111985136B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 夏晨陽;李欣宇;楊旭浩;殷嘉鋮;孫琪琪;廖志娟;伍小杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;H02J50/10;H02J50/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

1.一種IPT系統圓角方形耦合器的參數設計方法，所述IPT系統圓角方形耦合器包括原邊線圈和副邊線圈，原副邊線圈的結構和參數相同；其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據應用背景，確定圓角方形耦合器的基本參數，包括：原邊線圈和副邊線圈間的氣隙高度h、最大橫向偏移δ_max、線圈面積S和利茲線線徑d；

(2)基于紐曼公式和圓角方形耦合器的模型，建立圓角方形耦合器的等效模型：忽略利茲線線徑，將原副邊線圈均等效為同軸而不同尺寸的圓角方形線圈，每一匝線圈是由四條長度都相同的直線段和四段圓角半徑大小相同的四分之一圓弧構成；

等效后，每一匝線圈的結構參數為：l_eqi＝l，l_eqi為第i匝線圈的每條直線段的長度，r_eqi為第i匝線圈的圓弧半徑長度，r^*為等效前最外層線圈圓弧部分的外徑長度，l為等效前各層線圈直線段的長度；

(3)對每一匝線圈的結構參數進行歸一化處理，得到歸一化結構參數：

其中，λ_eqi表示第i匝線圈的歸一化結構參數，為中間參數，為第1匝線圈的圓弧半徑長度，即

所述歸一化結構參數滿足以下條件：

條件1：

條件2：

其中，N表示總匝數；

(4)建立圓角方形耦合器的互感模型：

其中，λ_peqi為原邊第i匝線圈的歸一化結構參數，λ_seqj為副邊第j匝線圈的歸一化結構參數，M_{rou_squ}為原邊所有匝線圈和副邊所有匝線圈間的互感和，f(λ_peqi，λ_seqj，δ，h)為原副邊任意兩匝線圈間的互感表達式，δ為橫向偏移；

(5)建立正對耦合時，以λ_eq^*為變量的圓角方形耦合器的互感相比于方形耦合器互感的提升百分比表達式Per_alig(λ_eq^*)；建立在最大偏移點下，以λ_eq^*為變量的圓角方形耦合器的互感相比于圓形耦合器互感的提升百分比表達式Per_off(λ_eq^*)：

其中，M_squ和M_cir分別表示方形和圓形耦合器的互感；

步驟6：求解所述圓角方形耦合器的λ_eq^*取最大值λ_{eq_max}^*時Per_off(λ_{eq_max}^*)和Per_alig(λ_{eq_max}^*)的值，并通過以下判斷條件來建立最優結構參數的求解模型：

A：若Per_off(λ_{eq_max}^*)＞Per_alig(λ_{eq_max}^*)，則以|Per_alig(λ_eq^*)-Per_off(λ_eq^*)|取值最小為目標，以λ_eq^*為優化變量，建立優化模型：

min：|Per_alig(λ_eq^*)-Per_off(λ_eq^*)|

使得|Per_alig(λ_eq^*)-Per_off(λ_eq^*)|取值最小的λ_eq^*即為圓角方形耦合器的最優結構參數。

B：若Per_off(λ_{eq_max}^*)≤Per_alig(λ_{eq_max}^*)，則遍歷λ_eq^*的取值，通過判斷Per_off(λ_eq^*)-Per_alig(λ_eq^*)的取值是否全部小于0來建立最優結構參數的求解模型：

B.a：遍歷λ_eq^*的取值，若均滿足Per_off(λ_eq^*)-Per_alig(λ_eq^*)＜0，則建立優化模型：

max：Per_off(λ_eq^*)

使得Per_off(λ_eq^*)取值最大的λ_eq^*即為圓角方形耦合器的最優結構參數。

B.b：遍歷λ_eq^*的取值，若存在滿足Per_off(λ_eq^*)-Per_alig(λ_eq^*)≥0條件的λ_eq^*，則優化模型為min：|Per_alig(λ_eq^*)-Per_off(λ_eq^*)|；

如果優化模型的解的數量有兩個，則選擇較小的λ_eq^*作為最優解。