本發明專利技術涉及無線電能傳輸(Wireless?Power?Transfer,WPT)技術領域，具體公開了一種基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法與系統，針對線圈磁場強度分布不均勻和磁通密度分布不均勻的特點，對連續的線圈的磁場強度分布圖和磁芯的磁通密度模分布圖進行離散化，得到不同的線圈分區和磁芯分區，并計算各個線圈分區的面積占比和磁芯分區的體積占比，而每個線圈分區以該線圈分區的磁場強度峰值作為參與計算的磁場強度值，每個磁芯分區以該磁芯分區的磁通密度峰值作為參與計算的磁通密度，從而在現有的損耗計算模型的基礎上，單獨計算每個分區的損耗，最后進行求和，得到線圈、磁芯的總損耗，進一步得到耦合機構的總損耗。實驗驗證了本發明專利技術的準確性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線電能傳輸(wireless?power?transfer,wpt)，尤其涉及基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法與系統。
技術介紹
1、無線電能傳輸(wireless?power?transfer,wpt)技術是指綜合應用電工理論、電力電子技術、控制理論，利用磁場、電場、微波等實現電能從電網或電池以非電氣接觸的方式傳輸至用電設備的技術。常用的兩種無線電能傳輸方式分別為磁場耦合式無線電能傳輸(magnetic?coupled?wireless?power?transfer,mc-wpt)和電場耦合式無線電能傳輸(electric-field?coupled?wireless?power?transfer,ec-wpt)。mc-wpt技術整體技術相對成熟、傳輸性能穩定、傳輸功率范圍較大等優點而被廣泛應用在電動汽車、軌道交通、旋轉機構、醫療植入設備、消費電子產品等領域。
2、在無線充電
，磁感應耦合機構是實現能量無線傳輸的核心。此技術涉及的能量傳遞效率直接受到耦合機構內磁場強度分布的影響。雖然無線充電設備的普及日增，但大多數現有研究側重于總體效率的優化，卻往往忽視了耦合機構內不同位置磁場強度的非均勻性及其對能量損耗的具體影響。
技術實現思路
1、本專利技術提供基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法與系統，解決的技術問題在于：現有耦合機構的損耗計算方法沒有考慮到不同位置磁場強度的非均勻性，導致計算的損耗與實際損耗還存在較大的偏差。
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p>2、為解決以上技術問題，本專利技術提供基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，包括：3、計算傳能線圈的趨膚損耗，基于面積分區計算傳能線圈的鄰近損耗；基于體積分區計算磁芯的損耗；計算磁屏蔽板的損耗；對傳能線圈的趨膚損耗、鄰近損耗、磁芯的損耗和磁屏蔽板的損耗進行求和，得到wpt系統耦合機構的總損耗。
4、進一步地，基于面積分區計算傳能線圈的鄰近損耗，具體包括步驟：
5、獲取在工作頻率f下傳能線圈的磁場強度分布圖并進行離散化得到線圈離散磁場分布圖；
6、根據線圈離散磁場分布圖將相同磁場強度的區域劃分為一個分區，得到多個線圈分區；
7、計算每個線圈分區占該傳能線圈的面積比例；
8、基于每個線圈分區的磁場強度峰值和面積比例計算每個線圈分區的鄰近損耗；
9、對所有線圈分區的鄰近損耗進行求和，得到該傳能線圈的鄰近損耗。
10、進一步地，第m個線圈分區的鄰近損耗其中，m表示線圈分區的總個數，n表示傳能線圈所采用的litz線的股數，單股litz線的直徑為d，litz線總長為l，sm表示第m個線圈分區的比例度，he-sm表示第m個線圈分區的磁場強度峰值，為與系統工作頻率f相關的不同線圈形狀的鄰近損耗系數，rdc表示單股litz線的直流損耗電阻。
11、進一步地，基于體積分區計算磁芯的損耗，具體為：
12、確定在工作頻率f下單位體積內的磁芯損耗與磁通密度之間的關系；
13、獲取在工作頻率f下磁芯的磁通密度模分布圖并進行離散化得到離散磁芯磁通密度模分布圖；
14、根據離散磁芯磁通密度模分布圖將相同磁通密度的區域劃分為一個分區，得到多個磁芯分區；
15、計算每個磁芯分區占該磁芯的體積比例；
16、基于每個磁芯分區的磁通密度峰值和體積比例，根據在工作頻率f下單位體積內的磁芯損耗與磁通密度之間的關系計算每個磁芯分區的損耗；
17、對所有磁芯分區的鄰近損耗進行求和，得到該磁芯的損耗。
18、進一步地，第k個磁芯分區的損耗pvk＝cfabvkbyvk,k∈[1,k]，bvk表示第k個磁芯分區的磁通密度峰值，y表示磁芯的總體積，vk表示第k個磁芯分區的體積比例度，c,a,b為與磁芯本身有關的常量，k表示磁芯分區的總個數。
19、進一步地，c,a,b的具體取值通過損耗關于頻率的曲線擬合得到，其擬合過程為：
20、獲取在不同的磁通密度b下單位體積損耗pv與頻率f的關系，按照pv＝cfabb的格式進行擬合，得到pv關于f的表達式；
21、獲取頻率f下不同磁通密度b下的單位體積損耗pv；
22、根據pv關于頻率f的表達式和頻率f下不同磁通密度b下的單位體積損耗pv擬合在頻率f下，pv關于b的表達式；
23、根據pv關于b的表達式確定c,a,b的具體取值。
24、進一步地，鋁板的渦流損耗其中，μal為鋁的磁導率，γal為鋁的電導率，hrms為鋁板表面的磁場強度。
25、本專利技術還提供一種基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算系統，應用所述的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，其關鍵在于：包括線圈損耗計算單元、磁芯損耗計算單元和磁屏蔽板損耗計算單元，耦合機構總損耗計算單元；
26、線圈損耗計算單元用于計算傳能線圈的趨膚損耗，以及基于面積分區計算傳能線圈的鄰近損耗，得到傳能線圈的總損耗；
27、磁芯損耗計算單元用于基于體積分區計算磁芯的損耗；
28、磁屏蔽板損耗計算單元用于磁屏蔽板的損耗；
29、耦合機構總損耗計算單元用于對傳能線圈的趨膚損耗、鄰近損耗、磁芯的損耗和磁屏蔽板的損耗進行求和，得到耦合機構的總損耗。
30、本專利技術提供的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法與系統，針對線圈磁場強度分布不均勻和磁通密度分布不均勻的特點，對連續的線圈的磁場強度分布圖和磁芯的磁通密度模分布圖進行離散化，得到不同的線圈分區和磁芯分區，并計算各個線圈分區的面積占比和磁芯分區的體積占比，而每個線圈分區以該線圈分區的磁場強度峰值作為參與計算的磁場強度值，每個磁芯分區以該磁芯分區的磁通密度峰值作為參與計算的磁通密度，從而在現有的損耗計算模型的基礎上，單獨計算每個分區的損耗，最后進行求和，得到線圈、磁芯的總損耗，基于現有損耗模型計算磁屏蔽板的總損耗，然后將所有損耗相加得到耦合機構的總損耗。最后以實際的無線傳能系統為依據，運用所提出的分區損耗計算方法，計算出了耦合機構部分的損耗數據，并與實際系統的損耗相對比，應用本專利技術計算的系統效率與實測效率僅差0.086％，驗證了本專利技術的準確性。
31、本專利技術利用高精度的測量和有限元仿真方法，定量描述各區域磁場強度的分布及其對總體傳輸效率的影響，這種分區計算損耗的方法不僅有助于更加準確地描述無線充電系統耦合機構部分產生的損耗，也能夠指導在設計更為高效和安全的無線充電方案時，對耦合機構進行針對性的優化。
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【技術保護點】
1.基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，基于面積分區計算傳能線圈的鄰近損耗，具體包括步驟：
3.根據權利要求2所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于：第m個線圈分區的鄰近損耗其中，M表示線圈分區的總個數，N表示傳能線圈所采用的Litz線的股數，單股Litz線的直徑為d，Litz線總長為l，Sm表示第m個線圈分區的比例度，He-sm表示第m個線圈分區的磁場強度峰值，為與系統工作頻率f相關的不同線圈形狀的鄰近損耗系數，RDC表示單股Litz線的直流損耗電阻。
4.根據權利要求1所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，基于體積分區計算磁芯的損耗，具體為：
5.根據權利要求4所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于：第k個磁芯分區的損耗Pvk＝cfaBvkbYVk,k∈[1,K]，Bvk表示第k個磁芯分區的磁通密度峰值，Y表示磁芯的總體積，Vk表示第k個磁芯分區的體積比例度，c,a,b為與磁芯本身有關的常量，K表示磁芯分區的總個數。
6.根據權利要求5所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，c,a,b的具體取值通過損耗關于頻率的曲線擬合得到，其擬合過程為：
7.根據權利要求1所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于：鋁板的渦流損耗其中，μAl為鋁的磁導率，γAl為鋁的電導率，Hrms為鋁板表面的磁場強度。
8.基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算系統，應用權利要求1～7任一項所述的基于分區計算的WPT系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于：包括線圈損耗計算單元、磁芯損耗計算單元和磁屏蔽板損耗計算單元，耦合機構總損耗計算單元；
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【技術特征摘要】
1.基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，基于面積分區計算傳能線圈的鄰近損耗，具體包括步驟：
3.根據權利要求2所述的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于：第m個線圈分區的鄰近損耗其中，m表示線圈分區的總個數，n表示傳能線圈所采用的litz線的股數，單股litz線的直徑為d，litz線總長為l，sm表示第m個線圈分區的比例度，he-sm表示第m個線圈分區的磁場強度峰值，為與系統工作頻率f相關的不同線圈形狀的鄰近損耗系數，rdc表示單股litz線的直流損耗電阻。
4.根據權利要求1所述的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計算方法，其特征在于，基于體積分區計算磁芯的損耗，具體為：
5.根據權利要求4所述的基于分區計算的wpt系統耦合機構損耗計...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖靜，吳曉銳，陳紹南，莫宇鴻，劉泉，于淼，陳衛東，張揚銘，吳寧，胡宏晟，郭敏，盧健斌，
申請(專利權)人：廣西電網有限責任公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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