利索能及
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专利号: 2022116850231
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:用于针对发射线圈电感目标取值范围、接收线圈电感目标取值范围,以及接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的预设要求,构建满足该预设要求的发射线圈与接收线圈,包括如下步骤:步骤A.针对同侧异轴双负载无线电能传输中的发射线圈与接收线圈,确定线圈线径R和线圈匝间距d,建立发射线圈与接收线圈的尺寸关系的数学模型,然后进入步骤B;

步骤B.基于先训练获得以线圈匝数n、矩形线圈内侧宽a、矩形线圈内侧长b为输入,以线圈电感L为输出的电感预测模型,再通过电感预测模型获得不同尺寸线圈下对应线圈电感的数据集,进而构建包含各匝数曲面的数据曲面模型的方式,构建包含发射线圈电感目标取值范围与接收线圈电感目标取值范围的数据曲面模型,然后进入步骤C;

步骤C.基于系统谐振频率的更新,根据接收线圈电感目标取值范围确定接收线圈电感值L2,并在数据曲面模型内截取接收线圈电感值L2所对应各接收线圈尺寸关系曲线RX,结合发射线圈与接收线圈的尺寸关系的数学模型,获得满足发射线圈电感目标取值范围的各发射线圈尺寸关系曲线TX,进而获得满足接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的各接收线圈尺寸范围曲线RXend、以及分别对应的发射线圈尺寸范围曲线TXend,然后进入步骤D;步骤D.以各接收线圈尺寸范围曲线RXend、以及分别对应的发射线圈尺寸范围曲线TXend为依据,构建发射线圈与接收线圈。

2.根据权利要求1所述一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:所述步骤A包括如下:

根据实际功率等级范围,留有预设裕度匹配线圈规格,确定线圈导线线径R,以及根据线圈导线绝缘皮的厚度d1、相邻线圈导线整体间距d2,按如下公式,确定线圈匝间距d;

d=2*d1+d2

当线圈匝数为n匝时,线圈总匝宽wn表示为:

wn=n*(R+2d1)+(n‑1)*d2

针对同侧异轴双负载无线电能传输,建立发射线圈与接收线圈的尺寸关系的数学模型如下:基于预设发射线圈与接收线圈之间线圈总匝宽、最外匝边宽均一致,并且预设发射线圈最外匝边长为接收线圈最外匝边长的2倍,如下公式:其中,arx和brx分别表示接收线圈的最内匝边宽和最内匝边长,atx和btx分别表示发射线圈的最内匝边宽和最内匝边长;Arx和Brx分别表示接收线圈的最外匝边宽和最外匝边长,Atx和Btx分别表示发射线圈的最外匝边宽和最外匝边长;

进一步获得如下:

3.根据权利要求1所述一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:所述步骤B中,初始线圈尺寸范围,执行如下步骤B1至步骤B3:步骤B1.获得线圈尺寸范围内预设数量的样本数据,各样本数据分别均包括线圈匝数n、矩形线圈内侧宽a、矩形线圈内侧长b、以及相对应的线圈电感L,然后进入步骤B2;

步骤B2.基于各样本数据,结合预设目标判别准确率,针对待训练网络进行训练,获得以线圈匝数n、矩形线圈内侧宽a、矩形线圈内侧长b为输入,以线圈电感L为输出的电感预测模型,然后进入步骤B3;

步骤B3.根据电感预测模型,获得该线圈尺寸范围内不同尺寸线圈分别所对应线圈电感L组成的数据集,进而构建该线圈尺寸范围所对应包含各匝数曲面的数据曲面模型,并判断发射线圈电感目标取值范围、以及接收线圈电感目标取值范围是否均位于该数据曲面模型中,是则进入步骤C;否则按预设扩大更新规则,扩大更新线圈尺寸范围,并返回步骤B1。

4.根据权利要求3所述一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:所述步骤B1中,通过有限元电磁仿真FEM获得线圈尺寸范围内预设数量的样本数据,以及所述步骤B2中待训练网络为神经网络。

5.根据权利要求1所述一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:步骤C包括如下步骤C1至步骤C6;

步骤C1.初始化系统谐振频率f,并进入步骤C2;

步骤C2.基于预设各规格接收端谐振电容C、以及系统谐振频率f,随机获得满足以及接收线圈电感目标取值范围的接收线圈电感值L2,然后进入步骤C3;

步骤C3.由数据曲面模型内截取接收线圈电感值L2所对应的各接收线圈尺寸关系曲线RX,然后进入步骤C4;

步骤C4.分别针对各接收线圈尺寸关系曲线RX所属的匝数曲面,根据匝数曲面内接收线圈尺寸关系曲线RX所对应接收线圈的最内匝边宽arx的范围与最内匝边长brx的范围,结合发射线圈与接收线圈的尺寸关系的数学模型,获得该匝数曲面内与接收线圈尺寸关系曲线RX对应的发射线圈尺寸关系曲线TX;进而获得各接收线圈尺寸关系曲线RX分别对应的发射线圈尺寸关系曲线TX,然后进入步骤C5;

步骤C5.判断所获各发射线圈尺寸关系曲线TX中、是否存在位于发射线圈电感目标取值范围中的发射线圈尺寸关系曲线TX,是则获得位于发射线圈电感目标取值范围中的各发射线圈尺寸关系曲线TX、以及分别对应的接收线圈尺寸关系曲线RX,作为各待分析发射线圈尺寸关系曲线TX、以及分别对应的待分析接收线圈尺寸关系曲线RX,然后进入步骤C6;否则按预设谐振频率更新规则,更新系统谐振频率f,并返回步骤C2;

步骤C6.根据接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q,即接收线圈最外匝边长与最外匝边宽的比值范围Brx:Arx=q,判断各待分析接收线圈尺寸关系曲线RX及其对应待分析发射线圈尺寸关系曲线TX上、是否存在满足q的接收线圈尺寸范围曲线RXend及其对应发射线圈尺寸范围曲线TXend,是则获得满足q的各接收线圈尺寸范围曲线RXend、以及分别对应的发射线圈尺寸范围曲线TXend,然后进入步骤D;否则按预设谐振频率更新规则,更新系统谐振频率f,并返回步骤C2。

6.根据权利要求1所述一种双负载无线电能传输矩形线圈构建方法,其特征在于:所述步骤C中所获满足接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的各接收线圈尺寸范围曲线RXend、以及分别对应的发射线圈尺寸范围曲线TXend中,根据接收线圈最外匝边长与最外匝边宽的比值范围Brx:Arx=q,其中满足如下公式:其中,arxq表示满足接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的接收线圈内宽,atxq表示满足发射线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的发射线圈内宽,arxq=atxq,brxq表示满足接收线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的接收线圈内长,btxq表示满足发射线圈外部尺寸目标长宽比值范围q的发射线圈内长,wn表示线圈总匝宽,Arx和Brx分别表示接收线圈的最外匝边宽和最外匝边长。