提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí) 工作效率的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，采用電磁場(chǎng)作為傳輸媒介可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸。根據(jù)原理的不同，無(wú)線 電能傳輸大致可以分為三類(lèi)：第一種是感應(yīng)式，這種方式傳輸功率大，但傳輸?shù)木嚯x較近； 第二種是輻射式，這種方式定向性好，傳輸距離遠(yuǎn)，但是對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境影響大；第三種是 諧振式，又稱(chēng)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)，該方式能夠以較大的功率，在較高的效率下 傳輸較遠(yuǎn)的距離，相比于感應(yīng)式，其傳輸距離較遠(yuǎn)，且對(duì)于方向指向性較不敏感；相比于輻 射式，其對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境的影響較小。
[0003] 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)，通過(guò)使兩個(gè)相同頻率的諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)的相 互耦合，而對(duì)周?chē)侵C振頻率的接收端只有較弱的耦合。磁耦合諧振系統(tǒng)包括發(fā)射諧振線 圈、接收諧振線圈和負(fù)載。磁耦合諧振技術(shù)可實(shí)現(xiàn)中距離的能量傳輸，而不需要增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng) 度，同時(shí)可以穿透各種不同非金屬障礙物，而且對(duì)系統(tǒng)的能量傳輸效率、功率等指標(biāo)沒(méi)有影 響。然而，當(dāng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)外界有金屬障礙物時(shí)，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的諧振頻率會(huì)發(fā)生 漂移，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)會(huì)失諧，導(dǎo)致系統(tǒng)的效率降低。通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率， 可以使系統(tǒng)重新工作在諧振狀態(tài)，提高系統(tǒng)效率。然而該方法提高效率的幅度有限。
[0004] 因此，如何才能在諧振頻率漂移時(shí)，有效提高磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)工 作效率，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效 率的方法和裝置，其能夠在系統(tǒng)諧振頻率漂移時(shí)，使磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)重新 工作在諧振狀態(tài)，有效提高磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的效率。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是： 一種提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的方法，所述方法包括以下步驟： 步驟1 :搭建磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)模型； 步驟2 :建立所述磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路，并得到等效電路的等 效方程； 步驟3 :當(dāng)系統(tǒng)頻率《發(fā)生漂移時(shí)，依據(jù)等效方程，推導(dǎo)出輸入阻抗角〃函數(shù)和系統(tǒng) 效率C函數(shù)； 步驟4 :設(shè)定負(fù)載電阻的變化范圍和步長(zhǎng)； 步驟5:依據(jù)負(fù)載電阻值，代入阻抗角〃函數(shù)得到系統(tǒng)頻率《，進(jìn)而可獲得系統(tǒng)效率IU 步驟6 :根據(jù)本次得到系統(tǒng)效率值以及預(yù)存的系統(tǒng)效率值，得到系統(tǒng)效率最大值并進(jìn) 行保存，同時(shí)保存該系統(tǒng)效率最大值對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻值和系統(tǒng)頻率； 步驟7 :重復(fù)上述步驟5至步驟6直到負(fù)載電阻值超出設(shè)定變化范圍。
[0007] 優(yōu)選的，所述等效電路的等效方程定義為公式（1):
其中，W1是發(fā)射線圈的寄生電阻，％是接收線圈的寄生電阻，疋是電源內(nèi)阻，戽是負(fù)載 電阻，A是發(fā)射線圈自感，4是接收線圈自感，G是第一電容器rn的電容，G是第二電 容器112的電容，#是發(fā)射線圈和接收線圈之間互感，J 1是系統(tǒng)的輸入電流，J2是系統(tǒng)的輸 出電流，《是無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率。
[0008] 優(yōu)選的，在所述步驟3中引入源匹配因子Vs、負(fù)載匹配因子嘆、強(qiáng)耦合參數(shù)認(rèn)發(fā)射 線圈的品質(zhì)因數(shù)0、接收線圈的品質(zhì)因數(shù)兌、發(fā)射線圈的角頻率偏移因子e ,、接收線圈的 角頻率偏移因子e2，發(fā)射線圈的諧振角頻率O1，接收線圈的諧振角頻率《 2，無(wú)線電能傳 輸系統(tǒng)原始諧振角頻率a,，并分別定義為公式（2):
漂移。
[0009] 優(yōu)選的，輸入阻抗角〃函數(shù)通過(guò)推導(dǎo)公式（1)可得到公式（4):
優(yōu)選的，所述步驟5中，依據(jù)負(fù)載電阻值，代入阻抗角〃函數(shù)得到系統(tǒng)頻率《，具體 為：在給定參數(shù)W1, ?2，丨，4，斗&奸，并〃 =〇,對(duì)于給定的負(fù)載電阻值，可得到系 統(tǒng)頻率《。
[0010] 優(yōu)選的，所述根據(jù)得到系統(tǒng)效率值以及預(yù)存系統(tǒng)效率值，得到系統(tǒng)效率最大值并 進(jìn)行保存，具體為：將得到系統(tǒng)效率值與預(yù)存系統(tǒng)效率值進(jìn)行比較；若前者大于后者，將所 述本次系統(tǒng)效率值作為系統(tǒng)效率最大值進(jìn)行保存。
[0011] 本發(fā)明還包括一種提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的裝置，包括函數(shù) 推導(dǎo)模塊，處理模塊和存儲(chǔ)模塊，其中： 所述函數(shù)推導(dǎo)模塊，用于搭建磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)模型，建立所述磁耦合 諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路，得到等效電路的等效方程，并依據(jù)等效方程，推導(dǎo)出 輸入阻抗角〃函數(shù)和系統(tǒng)效率々函數(shù)； 所述存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)效率最大值以及該系統(tǒng)效率最大值對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻值和 系統(tǒng)頻率； 所述處理模塊，根據(jù)設(shè)定負(fù)載電阻的變化范圍和步長(zhǎng)，用于將負(fù)載電阻值代入阻抗角 〃函數(shù)得到系統(tǒng)頻率《，進(jìn)而可獲得系統(tǒng)效率并根據(jù)得到系統(tǒng)效率值以及存儲(chǔ)模塊保 存的系統(tǒng)效率值，得到系統(tǒng)效率最大值發(fā)送給存儲(chǔ)模塊，同時(shí)發(fā)送該系統(tǒng)效率最大值對(duì)應(yīng) 的負(fù)載電阻值和系統(tǒng)頻率。
[0012] 優(yōu)選的，所述等效電路的等效方程定義為公式（1):
其中，ZP1是發(fā)射線圈的寄生電阻，％是接收線圈的寄生電阻，疋是電源內(nèi)阻，戽是負(fù)載 電阻，A是發(fā)射線圈自感，4是接收線圈自感，是第一電容器m的電容，G是第二電 容器112的電容，#是發(fā)射線圈和接收線圈之間互感，J 1是系統(tǒng)的輸入電流，J2是系統(tǒng)的輸 出電流，《是無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率； 在函數(shù)推導(dǎo)模塊中引入源匹配因子G、負(fù)載匹配因子嘆、強(qiáng)耦合參數(shù)認(rèn)發(fā)射線圈的品 質(zhì)因數(shù)M、接收線圈的品質(zhì)因數(shù)兌、發(fā)射線圈的角頻率偏移因子e,、接收線圈的角頻率偏 移因子S2，發(fā)射線圈的諧振角頻率CO 1，接收線圈的諧振角頻率《2，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)原 始諧振角頻率并分別定義為公式（2):
優(yōu)選的，所述處理模塊中在給定參數(shù)^^，《2，，A，4，斗并〃 =〇,對(duì)于給 定的負(fù)載電阻值，可得到系統(tǒng)頻率《。
[0013] 優(yōu)選的，所述處理模塊將系統(tǒng)效率值與存儲(chǔ)模塊保存系統(tǒng)效率值進(jìn)行比較；若前 者大于后者，將所述本次系統(tǒng)效率值作為系統(tǒng)效率最大值發(fā)送給存儲(chǔ)模塊。
[0014] 利用本發(fā)明方法或裝置，當(dāng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率發(fā)生漂移時(shí)，可以得到系統(tǒng)效 率最大值對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻值和系統(tǒng)頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和負(fù)載電阻，一方面可以使系 統(tǒng)重新工作在諧振狀態(tài)，另一方面可以使系統(tǒng)滿足阻抗匹配條件。有效地提高磁耦合諧振 式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖； 圖3為本發(fā)明的一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路圖； 圖4為本發(fā)明的提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 參照?qǐng)D1，一種提高無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)頻率漂移時(shí)工作效率的方法，包括以下步 驟： 步驟1:搭建磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)模型； 步驟2 :建立所述磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路，并得到等效電路的等 效方程； 步驟3:當(dāng)系統(tǒng)頻率《發(fā)生漂移時(shí)，依據(jù)等效方程，推導(dǎo)出輸入阻抗角0函數(shù)和系統(tǒng) 效率n函數(shù)； 步驟4 :設(shè)定負(fù)載電阻的變化范圍和步長(zhǎng)； 步驟5:依據(jù)負(fù)載電阻值，代入阻抗角0函數(shù)得到系統(tǒng)頻率《，進(jìn)而獲得系統(tǒng)效率n ; 步驟6 :根據(jù)本次得到系統(tǒng)效率值以及預(yù)存的系統(tǒng)效率值，得到系統(tǒng)效率最大值并進(jìn) 行保存，同時(shí)保存該系統(tǒng)效率最大值對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻值和系統(tǒng)頻率； 步驟7 :重復(fù)上述步驟5至步驟6,直到負(fù)載電阻值超出設(shè)定變化范圍。
[0018] 優(yōu)選的，所述根據(jù)得到系統(tǒng)效率值以及預(yù)存系統(tǒng)效率值，得到系統(tǒng)效率最大值并 進(jìn)行保存，具體為：將得到系統(tǒng)效率值與預(yù)存系統(tǒng)效率值進(jìn)行比較；若前者大于后者，將所 述本次系統(tǒng)效率值作為系統(tǒng)效率