一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法。

背景技术：

1、无线电能传输(wpt)技术已用于智能手机、智能手表、平板等各种应用。在感应式无线电能传输系统中，对更大的发射侧面积的需求越来越大，它可以解决错位问题，同时能够减少对接收线圈位置的限制。

2、现有的研究提出了几种方法来覆盖广泛的电能传输区域。简单的方法是发射侧仅使用一个大线圈来覆盖大面积，如果使用一个大线圈，磁场比较集中，对接收线圈的位置要求比较高；还有人员提出了可以产生均匀磁场的新型绕组方法，然而，如果接收线圈比大型发射侧小，并且位于特定区域，则均匀间隔的磁场将是低效的。因此，有人员将发射侧设计成多个发射线圈阵列排列，但其缺点是，不管接收线圈(rx)的位置如何，总是有数个发射线圈工作，由于每个发射线圈与接收线圈的耦合系数很小，会导致大量功耗。为了防止这种功率损失，有必要选择性地接通特定的发射线圈，接通了的发射线圈可以根据接收线圈的位置实现最大传输效率。在此基础上，有研究人员提出了一种根据接收线圈和每个发射线圈之间的耦合系数的比率来控制每个tx线圈电流比的方法，然而，对于每个发射线圈它需要单独的功率转换器或单独的电源来为每个线圈提供不同的电流，这就导致了一个问题，即随着发射线圈数量的增加，系统复杂性急剧增加。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，以解决具有多个发射线圈的无线电能传输系统在工作时的功率损耗问题和系统复杂问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，其中：

3、具有多个发射线圈的无线电能传输系统如图1所示，整个发射侧由多个相同规格的圆形线圈重叠而成，每两两相邻的三个圆形线圈的中心相连会形成一个等边三角形，以此类推，通过每一个圆形线圈的重叠排列可拓展成具有多个相同圆形发射线圈的发射侧；当接收线圈位于发射机区域上方时，依次选择距离接收线圈最近的多个发射线圈来接通，以使系统的传输效率最大化。

4、具有多个发射线圈的wpt系统中，无论接收线圈的位置如何，通入发射侧每一个发射线圈的电流都是相同的，这样可以使系统更简单。

5、多发射无线电能传输系统发射侧中的发射线圈个数为n，对于放在发射区域上方的接收线圈，首先比较接收线圈中心和每个发射线圈之间的距离，与接收线圈最近的发射线圈与接收线圈的耦合系数最大，与接收线圈最远的发射线圈与接收线圈之间的耦合系数最小，将耦合系数从大到小进行排列k1>k2>…>kn，其中m是每个发射线圈和接收线圈之间的互感，lrx为接收线圈的自感，ltx是每个发射线圈的自感，k1是与接收线圈最近的发射线圈与接收线圈的耦合系数，k2是与接收线圈距离排在第二位的发射线圈与接收线圈的耦合系数，以此类推，kn是距离接收线圈最远的发射线圈与接收线圈之间的耦合系数，首先激活与接收线圈耦合系数最大的一个发射线圈，然后再判断与接收线圈耦合系数排第二的发射线圈接通与否，根据公式

6、

7、令公式中m＝2，如果k2满足上述公式，那么就接通与接收线圈耦合系数排第二的发射线圈，以此类推，再判断与接收线圈耦合系数排在后面的发射线圈是否需要接通，等到第m个发射线圈与接收线圈之间的耦合系数km与前m-1个发射线圈与接收线圈的耦合系数不满足公式的时候，就不需要接通与接收线圈耦合系数排在第m位的发射线圈，即停止整个选择步骤，此时接通的发射线圈为前m-1个，该套选择方法实行结束以后的结果是系统接通前m-1个发射线圈要比接通前m个发射线圈的情况下的传输效率要更高。

8、一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实施所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

9、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实施所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

10、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实施所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

11、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)相比于现有技术中发射侧仅使用一个大线圈的，本发明发射侧由多个相同规格的圆形线圈重叠排列组成，对接收线圈的位置没有很大要求；(2)相比于现有技术中对于多个发射线圈分别使用单独的电源来为其提供不同的电流，导致的系统复杂性急剧增加的问题，本发明中通入发射侧每个发射线圈中的电流相同，降低了系统的复杂性；(3)相比于现有技术，本发明中选取发射线圈的方法由每个发射线圈和接收线圈之间的耦合系数之比决定，不受其他参数的影响，使系统可以更高效的工作在最大传输效率状态下。

技术特征：

1.一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，其特征在于，无线电能传输的发射侧由多个相同规格的圆形线圈重叠而成，每两两相邻的三个圆形线圈的中心相连会形成一个等边三角形，以此类推，通过圆形线圈的重叠排列可拓展成具有多个相同圆形发射线圈的发射侧；当接收线圈位于发射线圈区域上方时，依次选择距离接收线圈最近的多个发射线圈来接通，以最大化系统传输效率。

2.根据权利要求1所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，其特征在于，发射侧的每一个发射线圈中通入的电流相同。

3.根据权利要求1所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，其特征在于，具体过程为：

4.一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，其特征在于，实施权利要求1-3任一项所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实施权利要求1-3任一项所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实施权利要求1-3任一项所述的最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，实现多发射线圈无线电能传输系统的最佳发射阵列线圈选择。

技术总结
本发明公开了一种最大化无线电能传输效率的最佳发射阵列线圈选择方法，该方法基于多发射线圈无线电能传输系统，系统的发射机由多个相同规格的圆形线圈重叠而成，每两两相邻的三个圆形线圈的中心相连会形成一个等边三角形，以此类推，通过圆形线圈的重叠排列可拓展成具有多个相同圆形发射线圈的发射机；当接收线圈位于发射线圈区域上方时，依次选择距离接收线圈最近的多个发射线圈来接通，并且每个发射线圈中通入的电流相同。本发明可以使系统传输效率最大化，同时降低系统的复杂性。

技术研发人员：闻枫,梁硕,李强,王磊,尧智军,马建行,张润茂,衡宇康,王星皓,孙坤元,高江涛,王宇轩
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17