CN104201792A - 无线电力传输装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种无线电力传输装置的设计方法，包括以下步骤：步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M₀；步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M₁；步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值C_opt0；步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，以C_opt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值C_opt1。

Description

无线电力传输装置的设计方法

技术领域

本发明涉及一种无线电力传输装置的设计方法。

背景技术

磁谐振无线电力传输技术自2007年由美国麻省理工学院(MIT)提出以来，因其在传输距离上的优势，在军工业、消费电子、生命医学、电动汽车等行业具有广阔的市场前景，各种相关产品相继被开发出来。无线电力传输系统的一个固有特点是当收发线圈发生偏移时传输的功率和传输效率将大大降低，按照现有技术如专利CN 203014500U、专利CN 103208866A设计的无线电力传输系统，只有当无线电力传输系统的发射装置和接收装置处于完全对准或接近完全对准的位置时，才能达到期望的输出功率和效率。然而在实际的应用场合中，比如给手机或电动汽车进行无线充电时，发射装置和接收装置的相对位置存在一定偏移没有完全对准的情况是经常发生的。为此，专利CN 103342101A“感应式非接触充电定位对准装置及其定位方法”提出了一种解决方案，需要同时为该非接触充电装置额外配备车载夜视摄像头、超声波精确定位系统、地面移动平台，加上复杂的通信确认和闭环控制以便在每次充电过程中实现收发装置的精确定位，虽然解决了对准问题，但是这样的设计大大增加了系统结构复杂度以及用户操作复杂度，还增加了设计成本和维护难度。

发明内容

本发明的目的克服现有的无线电力传输装置设计方法的不足，提出一种能够拓宽无线电力传输装置有效工作范围的新的设计方法。本发明可以解决无线电力传输装置对线圈位置敏感的问题，避免过程复杂的线圈对准操作，减小系统结构复杂度、节约设计成本，并提高无线电力传输装置的使用方便性。

本发明设计方法适用于所有使用外接补偿电容的无线电力传输装置，尤其适用于采用了多个放大线圈多个补偿电容的无线电力传输系统，而对无线电力传输装置的功率等级、应用场合以及线圈的数目、几何形状、尺寸、绕制方式都没有要求，无论是绕成空心线圈还是采用一定的磁性屏蔽材料加强耦合均可。

本发明的核心内容是通过设计一组补偿电容来拓宽无线电力传输装置的有效工作范围，即当发射装置与接收装置的相对位置在很大范围内发生偏移时，无线电能传输装置均能维持额定功率的输出。先测取收发装置完全对准时的线圈参数，再测取收发装置偏移到最大容许偏移值时的线圈参数，然后通过两次非线性规划建模与求解，得到最终的补偿电容容值。

本发明包含以下步骤：

步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M₀；

步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M₁；

步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值C_opt0的非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值C_opt0；

步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1的非线性规划优化模型，以C_opt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值C_opt1。

所述的步骤A中，各个线圈的自身电气参数包括在给定工作频率下发射线圈自感L和额定工作频率下的交流内阻r。测量两两线圈之间的互感时需尽量在无线电力传输装置实际的工作环境下进行测量。假设无线电力传输装置由n个线圈组成，第i个线圈的交流内阻记为r_i,自感记为L_i,i＝1,2,…,n,第i个线圈与第j个线圈的互感记为M_ij，所述耦合矩阵M₀的记法为：

$M_0=\left(\begin{array}{cccc}{L}_0^1& M_{12}^0& ...& M_{1n}^0\\ M_{21}^0& L_2^0& ...& M_{2n}^0\\ ...& ...& ...& ...\\ M_{n1}^0& M_{n2}^0& ...& L_n^0\end{array}\right)$

所述的步骤B中，在最大设计偏移值的情况下测量各个线圈的自身电气参数及线圈互感，需水平移动发射端或接收端的线圈至最大设计偏移值，由于自感、内阻等自身参数基本保持不变，本步骤主要是对线圈互感进行重新测量，类似步骤A，所述耦合矩阵M₁的记法为：

$M_1=\left(\begin{array}{cccc}{L}_1^1& M_{12}^1& ...& M_{1n}^1\\ M_{21}^1& L_2^1& ...& M_{2n}^1\\ ...& ...& ...& ...\\ M_{n1}^1& M_{n2}^1& ...& L_n^1\end{array}\right)$

所述的步骤B中的最大设计偏移值，指无线电力传输装置发射装置中心与接收装置中心所允许偏离的最远距离，不超过线圈直径或边长的75％。

所述的步骤C中的目标函数，指将设计需求或设计目标写成以补偿电容容值向量C为自变量的函数式，对于一般的无线电力传输装置，首先通过支持外部调用的电路仿真分析工具建立多线圈耦合无线电力传输装置系统电路模型，接着对模型进行仿真，直到达到稳态，此时可获取该无线电力传输装置的系统输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流Ic等与设计目标直接相关参数的精确数值解为当补偿电容取容值向量C时仿真无线电力传输装置系统电路模型得到的无线电力传输装置的系统输出功率P_o的稳态精确数值解，为当补偿电容取容值向量C时仿真无线电力传输装置系统电路模型得到的无线电力传输装置的系统效率η的稳态精确数值解，为当补偿电容取容值向量C时仿真无线电力传输装置系统电路模型得到的无线电力传输装置电容器组端电压U_c的稳态精确数值解，为当补偿电容取容值向量C时仿真无线电力传输装置系统电路模型得到的无线电力传输装置电容器组电流I_c的稳态精确数值解，通过这些隐式的数值解进一步写出非线性规划模型的目标函数。

特别的，对于结构简单、补偿电容数目小于或等于三的无线电力传输装置，给定电源电压、额定工作频率、负载，测得线圈自感、内阻及耦合矩阵M₀、M₁后，无线电力传输装置的输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流I_c等与设计目标直接相关的参数，均可直接根据电路理论相应表示成补偿电容容值向量C的显式函数P_o(C)、η(C)、U_c(C)、I_c(C)，P_o(C)为无线电力传输装置的输出功率P_o与补偿电容容值向量C的显式函数、η(C)为无线电力传输装置的系统效率与补偿电容容值向量C的显式函数、U_c(C)为无线电力传输装置电容器组端电压与补偿电容容值向量C的显式函数、I_c(C)为无线电力传输装置电流与补偿电容容值向量C的显式函数。非线性规划模型的目标函数优选通过这些显式的解析函数直接写出，避免反复的稳态仿真过程以缩短求解非线性规划问题的时间。

所述步骤C中的建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值C_opt0的非线性规划优化模型时，只需考虑最大化效率及输出指定的额定功率这两个最重要的设计目标。在收发装置完全对准情况下无线电力传输装置的输出功率与补偿电容容值向量之间的函数关系表示成解析式P₀(C)或数值解传输效率与补偿电容容值向量之间的函数关系表示成η₀(C)或数值解则，对于最大化效率的设计目标，采用min 1-η₀(C)的形式描述；对于输出指定的额定功率值P_r的设计要求，采用min|P_r-P_o|/P_r的形式描述；通过两个在0～1之间取值的权重因子ω₁和ω₂来调节这两个目标的比重，目标函数f(C)表示成f(C)＝ω₁(1-η₀(C))+ω₂|P_r-P_o|/P_r，需满足ω₁+ω₂＝1。

所述步骤C中非线性规划优化模型的约束条件主要有两方面，一是装置体积等因素限制了补偿电容器组可串联电容的数目N_ser和并联电容的数目N_par，因此补偿电容器组实际可设计容值有一个上限C_max和一个下限C_min；二是电容电压U_c不能超过所选电容标称的耐压值U_dc，受温升限制电容电流I_c不能超过所选电容的标称电流I_rms。如此，建立补偿电容容值向量C为优化变量的非线性规划优化模型：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\ω}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\ω}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right.$

所述步骤C中迭代求取补偿电容容值C_opt0时，在迭代过程中需要反复进行以下步骤：用耦合矩阵M₀初始化仿真模型，进行稳态电路仿真，回传中间变量计算目标函数值，判断目标函数值是否满足收敛条件。

所述步骤D中建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1的非线性规划优化模型时，需同时考虑系统在收发线圈完全对准情况下无线电力传输装置的系统输出功率P₀、效率η₀和无线电力传输装置在收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下无线电力传输装置的系统输出功率P₁、效率η₁。此时，需引入4个权重向量α₁、α₂、β₁、β₂，以及衰减系数к，权重向量α₁、α₂、β₁、β₂、以及衰减系数к均在0～1之间取值，权重向量应满足α₁+α₂＝β₁+β₂＝0.5，к表示最大设计偏移值的情况下系统输出功率与收发线圈完全对准情况下系统输出功率的比值。采用同步骤C相同的约束条件，建立补偿电容容值向量C为优化变量的非线性规划优化模型：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\α}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\α}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}+{\mathrm{\β}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_1\left(C\right))+{\mathrm{\β}}_2\frac{|\mathrm{\κ}{P}_r-{\hat{P}}_1\left(C\right)|}{\mathrm{\κ}{P}_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right.$

所述步骤D中迭代求取补偿电容容值C_opt1时，在迭代过程中需要反复进行以下步骤：用耦合矩阵M₀初始化仿真模型、进行稳态电路仿真，用耦合矩阵M₁初始化仿真模型、进行稳态电路仿真，回传两次稳态电路仿真的中间变量计算目标函数值，判断目标函数值是否满足收敛条件。

所述步骤D中迭代求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1时，以步骤C得到的补偿电容容值向量C_opt0为初值，可大大缩短迭代时间。得到C_opt1后，结合简单的细微的调频控制，可在最大设计偏移值范围内将无线电力传输装置的输出功率维持在指定的额定值恒定输出。

本发明具有以下优点和有益效果：

通过本方法设计的无线电力传输系统能够在不增加系统结构复杂度和控制复杂度的前提下，有效地扩展无线电力传输装置的有效工作区域，当发射(或接收)装置固定时，接收(或发射)装置的位置允许在一个很大的范围内有所偏移，而非只有与发射装置完全对准系统才能正常工作。本发明避免了复杂的精确定位操作，大大提高系统的使用方便性。

本发明适用于采用外接电容而非线圈自身分布电容作为补偿电容的无线电力传输装置，尤其适用于采用了多个放大线圈与多个补偿电容的系统。

附图说明

图1本发明设计方法的流程图；

图2典型四线圈无线电力传输装置结构示意图；

图3本发明步骤D求解考虑偏移影响的非线性规划问题的流程图；

图4本发明实施例在不同偏移条件下的实际输出功率归一值和系统效率；

图5本发明实施例在不同偏移条件下维持恒定功率输出所需进行的频率调节。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

典型四线圈无线电力传输装置结构示意图如图2所示，该无线电力传输装置包括发射线圈2110、发射端放大线圈2120、接收端放大线圈2230、接收线圈2240共四个线圈，以及相应的发射线圈谐振补偿电容2111、发射端放大线圈谐振补偿电容2121、接收端放大线圈谐振补偿电容2231和接收线圈谐振补偿电容2241，共四个补偿电容。发射线圈、发射端放大线圈及其补偿电容构成发射装置21；接收端放大线圈、接收线圈及其补偿电容构成接收装置22。以对典型四线圈无线电力传输装置的设计作为一种实施例，采用方形盘式线圈结构，最外边长为40cm，传输距离为20cm，负载为31.2Ω，额定输入电压为100V，额定输出功率P_r＝370W，最大可容忍横向偏移距离为20cm，且当横向偏移在0～15cm范围内输出功率不能低于额定输出功率。

设计步骤如下：

步骤A、在发射装置和接收装置完全对准的情况下，测得该四线圈无线电力传输装置各个线圈的自感L＝[13.63μH 52.52μH 44.81μH 12.14μH]，以及内阻r＝[42mΩ 58mΩ 62mΩ 56mΩ]；测量两两线圈之间的互感，得到系统耦合矩阵M₀，单位为μH：

$M_0=\left(\begin{array}{cccc}13.63& 21.66& 3.655& 1.685\\ 21.66& 52.52& 8.420& 3.863\\ 3.655& 8.420& 44.81& 19.13\\ 1.685& 3.863& 19.13& 12.14\end{array}\right)$

步骤B、固定发射装置不动，将接收装置中心偏离发射装置中心20cm，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，忽略各线圈自身内阻及自感的细微变化，偏移后无线电力传输装置的耦合矩阵变为，单位为μH：

$M_1=\left(\begin{array}{cccc}13.63& 21.64& 2.630& 1.171\\ 21.64& 52.52& 6.316& 2.395\\ 2.630& 6.316& 44.81& 19.10\\ 1.171& 2.395& 19.10& 12.14\end{array}\right)$

步骤C、以最大效率和指定功率为目标函数，采用MATLAB建模仿真获取功率、效率稳态数值解的方法，建立如下面公式所示的非线性规划优化模型：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\ω}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\ω}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right.$

优化过程中取ω₁＝ω₂＝0.5，按照图3所示的迭代流程求解无线电力传输装置在发射装置和接收装置完全对准时的补偿电容容值。在迭代过程中跳过步骤303和步骤304，可得该四线圈无线电力传输系统在发射装置和接收装置完全对准情况下四个补偿电容的最优设计容值：C_opt0＝[41.10nF 39.60nF 49.54nF 41.27nF]；

步骤D、考虑收发装置偏移的影响，最大设计偏移距离设为20cm，权重因子取α₁＝0.182，α₂＝0.318，β₁＝0.227，β₂＝0.273，к＝0.77，同时考虑系统在收发线圈完全对准情况下无线电力传输装置的系统输出功率P₀、效率η₀和无线电力传输装置在收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下无线电力传输装置的系统输出功率P₁、效率η₁，重写目标函数建立新的非线性规划问题：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\α}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\α}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}+{\mathrm{\β}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_1\left(C\right))+{\mathrm{\β}}_2\frac{|\mathrm{\κ}{P}_r-{\hat{P}}_1\left(C\right)|}{\mathrm{\κ}{P}_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right.$

以步骤C中求出的C_opt0为初值，按照图3所示的迭代流程求解该优化问题，得到四个谐振补偿电容最终的设计容值C_opt1＝[39.00nF 39.17nF 48.91nF 42.70nF]；

按C_opt1配置实施例无线电力传输装置的补偿电容，在发射装置21和接收装置22处于不同的横向偏移位置时进行了测试，得到如图4的实验结果，实线表示系统输出功率与额定功率的比率，框点表示系统效率，在18cm内能够输出额定功率，在20cm内系统效率高于83％。如图5，只需在额定工作频率附近的-2％～+1.1％范围内实施调频控制，即可在25cm偏移范围内，即线圈尺寸的62％范围内，维持额定功率的恒定输出。采用本发明方法设计的无线电力传输装置，具有工作范围宽、控制简单的优点。

Claims (7)

1.一种无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：通过设计一组补偿电容来拓宽无线电力传输装置的有效工作范围，即当发射装置与接收装置的相对位置在很大范围内发生偏移时，无线电能传输装置均能维持额定功率的输出；首先测取收发装置完全对准时的线圈参数，再测取收发装置偏移到最大容许偏移值时的线圈参数，然后通过两次非线性规划建模与求解，得到最终的补偿电容容值；所述的设计方法包含以下步骤：

步骤A、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，测量无线电力传输装置各个线圈的自身电气参数，以及两两线圈之间的互感，记为耦合矩阵M₀；

步骤B、在接收装置相对发射装置偏移到最大设计偏移值的情况下，再次测量各个线圈的自身电气参数及两两线圈之间的互感，记为新的耦合矩阵M₁；

步骤C、在接收装置和发射装置完全对准的情况下，以最大效率和指定功率为目标函数建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值C_opt0的非线性规划优化模型，迭代求出谐振补偿电容的最优容值C_opt0；

步骤D、考虑接收装置和发射装置相对位置发生偏离的影响，更改优化目标函数建立新的非线性规划模型，建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1的非线性规划优化模型，以C_opt0为初值迭代求解优化问题，得到最终的谐振补偿电容容值C_opt1。

2.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述的步骤B中的最大设计偏移值指无线电力传输装置发射装置中心与接收装置中心所允许偏离的最远距离，不超过线圈直径或边长的75％。

3.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述的步骤C中的目标函数指将设计需求或设计目标写成以补偿电容向量C为自变量的函数式，对于一般的无线电力传输装置，首先通过支持外部调用的电路仿真分析工具建立多线圈耦合无线电力传输装置系统电路模型，接着对模型进行仿真直到达到稳态，此时可获取系统输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流I_c等与设计目标直接相关参数的精确数值解，分别记为通过这些隐式的数值解进一步写出非线性规划模型的目标函数；

特别的，对于结构简单、补偿电容数目小于或等于三的无线电力传输装置，给定电源电压、额定工作频率、负载，测得线圈自感、内阻、耦合矩阵M₀及耦合矩阵M₁后，输出功率P_o、系统效率η、电容器组端电压U_c、电流I_c等与设计目标直接相关的参数均能够直接根据电路理论相应表示成补偿电容容值向量C的显式函数，分别记为P_o(C)、η(C)、U_c(C)和I_c(C)；非线性规划模型的目标函数优选通过这些显式的解析函数直接写出，避免反复的稳态仿真过程以缩短求解非线性规划问题的时间。

4.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述步骤C中建立用于求取收发装置完全对准情况下的补偿电容容值C_opt0的非线性规划优化模型时，只需考虑无线电力传输装置的最大化效率及输出指定的额定功率这两个最重要的设计目标；在收发装置完全对准情况下无线电力传输装置的输出功率与补偿电容容值向量之间的函数关系表示成解析式P₀(C)或数值解传输效率与补偿电容容值向量之间的函数关系表示成η₀(C)或数值解则，对于最大化效率的设计目标，采用min 1-η₀(C)的形式描述；对于输出指定的额定功率值P_r的设计要求，采用min|P_r-P_o|/P_r的形式描述；通过两个在0～1之间取值的权重因子ω₁和ω₂来调节这两个目标的比重，目标函数f(C)表示成f(C)＝ω₁(1-η₀(C))+ω₂|P_r-P_o|/P_r，需满足ω₁+ω₂＝1；

所述步骤C中非线性规划优化模型的约束条件主要有两方面，一是装置体积等因素限制了补偿电容器组串联电容的数目N_ser和并联电容的数目N_par，因此补偿电容器组设计容值有一个上限C_max和一个下限C_min；二是电容电压U_c不能超过所选电容标称的耐压值U_dc，受温升限制电容电流I_c不能超过所选电容的标称电流I_rms；如此，建立补偿电容容值向量C为优化变量的非线性规划优化模型：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\ω}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\ω}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right..$

5.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述步骤D中建立用于求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1的非线性规划优化模型时，需同时考虑所述无线电力传输装置在收发线圈完全对准情况下所述无线电力传输装置输出功率P₀、效率η₀和无线电力传输装置在收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下所述无线电力传输装置的输出功率P₁、效率η₁；此时，需引入4个权重向量α₁、α₂、β₁、β₂，以及衰减系数к，4个权重向量α₁、α₂、β₁、β₂，以及衰减系数к均在0～1之间取值，权重向量应满足α₁+α₂＝β₁+β₂＝0.5，к表示最大设计偏移值的情况下无线电力传输装置的系统输出功率与在收发线圈完全对准情况下无线电力传输装置的系统输出功率的比值；根据无线电力传输装置额定输出功率P_r，在收发线圈完全对准情况下仿真所述无线电力传输装置电路模型得到的输出功率数值解效率的数值解以及在无线电力传输装置收发装置偏移到最大设计偏移值的情况下仿真所述无线电力传输装置电路模型得到的输出功率数值解效率数值解写出目标函数f(C)的表达式，采用同步骤C相同的约束条件，建立补偿电容容值向量C为优化变量的非线性规划优化模型：

最小化 $f\left(C\right)={\mathrm{\α}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_0\left(C\right))+{\mathrm{\α}}_2\frac{|P_r-{\hat{P}}_0\left(C\right)|}{P_r}+{\mathrm{\β}}_1(1-{\widehat{\mathrm{\η}}}_1\left(C\right))+{\mathrm{\β}}_2\frac{|\mathrm{\κ}{P}_r-{\hat{P}}_1\left(C\right)|}{\mathrm{\κ}{P}_r}$

满足 $\left\{\begin{array}{c}{C}_{\min }\≤C\≤C_{\max }\\ U_c\≤N_{\mathrm{ser}}\≤U_{\mathrm{dc}}\\ I_c\≤N_{\mathrm{par}}\≤I_{\mathrm{rms}}\end{array}\right..$

6.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述步骤D中迭代求取补偿电容容值C_opt1时，在迭代过程中需要反复进行以下步骤：用耦合矩阵M₀初始化仿真模型(301)、进行稳态电路仿真(302)，用耦合矩阵M₁重新初始化仿真模型(303)、进行稳态电路仿真(304)，回传两次稳态电路仿真的中间变量计算目标函数值(305)，判断目标函数值是否满足收敛条件(306)；所述步骤C中迭代求取补偿电容容值C_opt0时，直接跳过上述迭代过程中的用耦合矩阵M₁重新初始化仿真模型(303)和进行稳态电路仿真(304)两步，每次迭代只需进行一次稳态电路仿真。

7.按照权利要求1所述的无线电力传输装置的设计方法，其特征在于：所述步骤D中迭代求取考虑线圈偏移的影响后的无线电力传输装置补偿电容容值C_opt1时，以步骤C得到的补偿电容容值向量C_opt0为初值；得到C_opt1后，结合简单的细微的调频控制，能够在最大设计偏移值范围内将无线电力传输装置的输出功率维持在指定的额定值恒定输出。