CN110912283B - 一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置 - Google Patents

一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置，该参数调整方法通过获取传输距离，结合该传输距离与差分进化算法计算传输效率计算公式，以求得最优解的第一距离、第二距离，进而根据该最优解的第一距离、第二距离控制所述第一线圈调整结构和所述第二线圈调整结构对该无线电能传输系统进行相应的调整，从而可达到针对不同的传输距离对该无线电能传输系统进行相应动态调整以优化传输效率的技术效果，增强了无线电能传输系统的传输性能。

Description

一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置。
背景技术
近年来，无线电能传输(WPT，Wireless Power Transmission)作为一种新型充电技术被广泛应用于现代电子设备和电动汽车上，随着技术的成熟以及本身的优越性，产业规模迅速增长。
磁耦合谐振式(MCR，Magnetically-Coupled Resonant)WPT技术利用具有相同谐振频率的电感线圈近场耦合实现能量的传输，这种技术具有高效、无辐射能、穿透性好等优点，可应用于中等距离的无线电能传输。下述两篇文献分别通过阻抗匹配和优化线圈结构的方法，使系统的传输效率得到了提高，并未深入讨论各线圈之间的距离对传输效率的影响。
[1]T.C.Beh,M.Kato,T.Imura,S.Oh,and Y.Hori,“Automated ImpedanceMatching System for Robust Wireless Power Transfer via Magnetic ResonanceCoupling,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.60,no.9,pp.3689-3698,2013.
[2]W.Ye,L.Chen,F.Liu,X.Chen,and X.Wang,“Analysis and optimization of3-coil magnetically coupled resonant wireless power transfer system forstable power transmission,”IEEE Energy Convers.Congr.Expo.,ECCE,Cincinnati,OH,United states,pp.2584-2589.Nov.2017.
现有的基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的无线电能传输系统，在实际应用中，用电设备和供电设备之间的传输距离并非恰好是无线电能传输系统的最佳传输距离，传输距离的变化会导致无线电能传输系统的传输效率下降，减弱了无线电能传输系统的传输性能。
发明内容
本申请提供了一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置，可在四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输距离发生变化时，通过动态调整设置源线圈与发射线圈之间的距离、接收线圈和负载线圈之间的距离来达到优化系统传输效率的目的。
为了实现技术效果，本发明第一方面提供了一种无线电能传输系统的参数调整方法，所述无线电能传输系统为四线圈磁耦合结构，无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构，
第一线圈调整结构机械连结于源线圈与发射线圈之间，用于调整第一距离，第二线圈调整结构机械连结于接收线圈与负载线圈之间，用于调整第二距离；
参数调整方法包括：
获取传输距离，若获取的所述传输距离小于预设的传输距离阈值，则基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解；
基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，传输效率计算公式基于四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，传输效率计算公式为计算无线电能传输系统的传输效率的公式，且传输效率计算公式与传输距离，第一距离和第二距离相关，且第一距离和第二距离为差分进化算法待求的解；
基于最优解，分别控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整第一距离和第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，传输距离为发射线圈与接收线圈之间的距离。
基于本申请第一方面，在第一种可能的实现方式中，等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，电源与电源等效电阻与源线圈与源线圈等效电阻与第一谐振电容串联连接；
发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，发射线圈与发射线圈等效电阻与第二谐振电容串联连接；
接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，接收线圈与接收线圈等效电阻与第三谐振电容串联连接；
负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，负载电阻与负载线圈与负载线圈等效电阻与第四谐振电容串联连接。
基于本申请第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，传输效率公式为：
Figure BDA0002313123000000021
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
基于本申请第一方面或者本申请第一方面的第一种或者第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解具体为：
若获取的传输距离小于预设的传输距离阈值，则基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
本申请第二方面提供了一种无线电能传输系统的参数调整装置，无线电能传输系统为四线圈磁耦合结构，无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
第一线圈调整结构用于调整第一距离，第二线圈调整结构用于调整第二距离；
参数调整装置包括：
获取单元，用于获取传输距离；
处理单元，用于：基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，传输效率计算公式基于四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，传输效率计算公式为计算无线电能传输系统的传输效率的公式，且传输效率计算公式与传输距离、第一距离和第二距离相关，且第一距离和第二距离为差分进化算法待求的解；
调整单元，用于基于最优解，分别控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整第一距离和第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，传输距离为发射线圈与接收线圈之间的距离。
基于本申请第二方面，在第一种可能的实现方式中，等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，电源与电源等效电阻与源线圈与源线圈等效电阻与第一谐振电容串联；
发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，发射线圈与发射线圈等效电阻与第二谐振电容串联；
接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，接收线圈与接收线圈等效电阻与第三谐振电容串联；
负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，负载电阻与负载线圈与负载线圈等效电阻与第四谐振电容串联连接。
基于本申请第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，传输效率公式为：
Figure BDA0002313123000000031
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
基于本申请第二方面或者本申请第二方面的第一种或者第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，处理单元具体用于：
当若获取的传输距离小于预设的传输距离阈值时，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
本申请第三方面提供了一种无线电能传输系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，无线电能传输系统为四线圈磁耦合结构，无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
第一线圈调整结构用于调整第一距离，第二线圈调整结构用于调整第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离；
处理器执行计算机程序时实现第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中提及的参数调整方法的步骤。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中提及的参数调整方法的步骤。
由上可见，本申请提供的一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置获取传输距离，结合该传输距离与差分进化算法计算传输效率计算公式，以求得最优解的第一距离、第二距离，进而根据该最优解的第一距离、第二距离控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构对该无线电能传输系统进行相应的调整，从而可达到针对不同的传输距离对该无线电能传输系统进行相应实时调整以优化传输效率的技术效果，增强了无线电能传输系统的传输性能。在应用本方法对系统传输距离为0.2米时进行优化调整后，系统的传输效率提高了约15％，如图4所示；应用本方法对系统传输距离为0.4米时进行优化调整后，系统的传输效率提高了约16％，如图5所示。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的无线电能传输系统的参数调整方法一个实施例流程示意图；
图2为本申请提供的四线圈磁耦合结构一个实施例结构示意图；
图3为本申请提供的四线圈磁耦合结构的等效电路一个实施例结构示意图；
图4为传输距离等于0.2米的无线电能传输系统基于本申请实施例中的参数调整方法优化前后的传输效率的曲线示意图；
图5为传输距离等于0.4米的无线电能传输系统基于本申请实施例中的参数调整方法优化前后的传输效率的曲线示意图；
图6为传输距离不同的两种无线电能传输系统基于本申请实施例中的参数调整方法优化后的传输效率的曲线示意图；
图7为本申请提供的无线电能传输系统的参数调整装置一个实施例结构示意图；
图8为本申请提供的无线电能传输系统一个实施例结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
本实施例提供一种无线电能传输系统的参数调整方法，无线电能传输系统为四线圈磁耦合结构，无线电能传输系统还设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
第一线圈调整结构用于调整第一距离，第二线圈调整结构用于调整第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离；
可选的，源线圈与发射线圈之间、接收线圈与负载线圈之间分别设置有距离传感器，第一线圈调整结构和第二线圈调整结构根据距离传感器发送的信号调整第一距离和第二距离。
具体的，第一线圈调整结构设置于源线圈与发射线圈之间并分别与源线圈与发射线圈连接；第二线圈调整结构设置于接收线圈与负载线圈之间并分别与接收线圈与负载线圈连接。
可选的，第一线圈调整结构、第二线圈调整结构可以是任一种满足使用需求的调距装置，此处不作限定。
如图1所示，参数调整方法包括：
步骤101，获取传输距离；
其中，传输距离为发射线圈与接收线圈之间的距离；
本申请实施例中，在无线电能传输系统锁定传输距离后，获取该传输距离。
可选的，无线电能传输系统还设置有测距传感器，获取传输距离具体为：基于测距传感器获取传输距离。
具体的，测距传感器可以为超声波测距传感器、红外测距传感器或激光测距传感器，此处不作限定。
步骤102，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解；
其中，传输效率计算公式基于四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，传输效率计算公式为计算无线电能传输系统的传输效率的公式，且传输效率计算公式与传输距离，第一距离和第二距离相关，且第一距离和第二距离为差分进化算法待求的解；
本申请实施例中，在获取传输距离之后，无线电能传输系统将采用结合该差分进化算法及该传输距离对传输效率计算公式进行最优解的求解。
可选的，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解具体为：
若获取的传输距离小于预设的传输距离阈值，则基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
具体的，传输距离阈值为0.5米。
具体的，如图2所示，四线圈耦合结构包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：逆变电路201、第一谐振电容202、源线圈203，逆变电路201、第一谐振电容202、源线圈203串联连接；
发射电路包括：发射线圈204、第二谐振电容205，发射线圈204、第二谐振电容205串联连接；
接收电路包括：第三谐振电容206、接收线圈207，第三谐振电容206、接收线圈207串联连接；
负载电路包括：负载线圈208、第四谐振电容209、整流电路210、负载211，负载线圈208、第四谐振电容209、整流电路210串联连接，负载211与整流电路210并联连接；
第一线圈调整结构212分别与源线圈203、发射线圈204连接，用于调控源线圈203与发射线圈204之间的距离；
第二线圈调整结构213分别与接收线圈207、负载线圈208连接，用于调控接收线圈207与负载线圈208之间的距离。
可选的，等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，电源与电源等效电阻与源线圈与源线圈等效电阻与第一谐振电容串联连接；
发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，发射线圈与发射线圈等效电阻与第二谐振电容串联连接；
接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，接收线圈与接收线圈等效电阻与第三谐振电容串联连接；
负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，负载电阻与负载线圈与负载线圈等效电阻与第四谐振电容串联连接。
具体的，如图3所示，等效电路为四线圈磁耦合结构的等效电路30，包括：源电路301，发射电路302，接收电路303和负载电路304；
源电路301包括：电源3011、电源等效电阻3012、源线圈3013、源线圈等效电阻3014和第一谐振电容3015；
发射电路包括：发射线圈3021、发射线圈等效电阻3022和第二谐振电容3023；
接收电路包括：接收线圈3031、接收线圈等效电阻3032和第三谐振电容3033；
负载电路包括：负载电阻3041、负载线圈3042、负载线圈等效电阻3043和第四谐振电容3044。
可选的，传输效率公式为：
Figure BDA0002313123000000071
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
需要说明的是，传输效率公式的推导过程如下：
线圈参数计算公式：
Figure BDA0002313123000000072
Figure BDA0002313123000000073
式中，Mij为第i个线圈和第j个线圈之间的互感，μ0为真空磁导率，ri为第i个线圈的半径，rj为第j个线圈的半径，ni为第i个线圈的匝数，nj为第j个线圈的匝数，dij为第i个线圈和第j个线圈之间的距离，Ri为第i个线圈的等效电阻，ω为谐振角频率，σ为铜线电导率，a为铜导线直径；
其中，源线圈为第1个线圈，发射线圈为第2个线圈，接收线圈为第3个线圈，负载线圈为第4个线圈。
由于不相邻线圈之间的耦合系数远远小于相邻线圈之间的耦合系数，不相邻线圈之间的耦合作用可忽略。
第i个线圈的自感计算公式：
Figure BDA0002313123000000081
第i谐振电容计算公式：
Figure BDA0002313123000000082
由基尔霍夫定律可得到等效电路的方程：
Figure BDA0002313123000000083
基于式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，计算得出传输效率的原始表达式：
Figure BDA0002313123000000084
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL) (7)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2 (8)；
传输距离为d23，第一距离为d12，第二距离为d34，Mij的大小随着dij的大小变化而变化，故当d23发生变化时，M23会产生变化，此时可通过调整d12、d34来改变M12、M34，从而使传输效率最大化。
传输效率的原始表达式仍可采用差分进化算法进行优化，步骤如下：
1)初始化；
差分进化算法利用NP个维数为D的实数值参数向量，每个个体表示为：
xi,G(i＝1,2,…,NP) (9)；
式中，i表示个体在种群中的序列；G表示进化代数；NP表示种群规模。在最小化过程中NP保持不变。假定随机初始化种群均符合均匀概率分布，从给定的边界约束条件寻找初始种群，设参数变量的边界为xj (L)<xj<xj (U)(j＝1,2,…,D)，则：
Figure BDA0002313123000000091
式中，rand[0,1]表示[0,1]上的均匀随机数，这里的xj (L)表示下边界，xj (U)表示上边界。
2)变异；
基本差分进化算法的变异向量由下式产生：
Figure BDA0002313123000000092
式中：目标向量的序列号i不同，随机选择的序号r1、r2、r3也互不相同，种群NP应满足NP≥4，F表示变F∈[0,2]，控制着偏差变量的放大作用。
3)交叉；
为了增加干扰参数的多样化引入了交叉操作，试验向量变为：
ui,G+1＝(u1i,G+1,u2i,G+1,…,uDi,G+1) (12)；
Figure BDA0002313123000000093
式中，randb(j)表示[0,1]上的第j个随机数估计值，rnbr(i)∈(1,2,…，D)表示随机选择的序列，CR为交叉算子，CR∈[0,1]。
4)选择；
为了试验向量ui,G+1是否成为下一代向量，与当前的一个目标向量xi,G比较，如果目标函数要被最小化，那么较小的目标函数值的向量将在下一代种群中出现，下一代的所有个体相比当前种群更佳或者至少一样好。
5)边界条件处理；
为保证产生的新个体参数值在可行域中，将不符合边界条件的用随机产生的参数向量代替，如果uji,G+1<xj (L)或uji,G+1>xj (U),则
Figure BDA0002313123000000094
根据差分进化算法的描述，选取初始变量为x1,x2,…,xj，令每个变量xj的变化范围为[xj (L),xj (U)],当xj (L)＝0，xj (U)＝1。
应用差分进化算法动态调节参数，d12定义域为[0,1]，d12＝x1；d34定义域为[0,1]，d34＝x2。
结合式(1)，优化参数可以表示为：
Figure BDA0002313123000000101
将式(15)带入式(6)中，得到传输效率的优化表达式如下：
Figure BDA0002313123000000102
传输效率公式即为该传输效率的优化表达式，当传输效率最优时，x1、x2即为所求。
步骤103，基于最优解，分别控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整第一距离和第二距离；
本申请实施例中，在求解出最优解之后，根据最优解得出当传输效率达到最优时，第一距离和第二距离应分别达到多少的结论，并基于结论控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整该第一距离和该第二距离。
需要说明的是，为验证参数调整方法的有效性，进行如下仿真实验：
传输距离为d23，第一距离为d12，第二距离为d34；
优化前，设定d12＝d34＝0.05米；
当d23＝0.2m时，如图4所示，在d23＝0.2m处，优化后的传输效率相比优化前的传输效率增长约15％；
当d23＝0.4m时，如图5所示，在d23＝0.4m处，优化后的传输效率相比优化前的传输效率增长约16％；
如图6所示，在d23＝0.2m处，以d23＝0.2m进行优化的无线电能传输系统的传输效率相比以d23＝0.4m进行优化的无线电能传输系统的传输效率高约32％；在d23＝0.4m处，以d23＝0.4m进行优化的无线电能传输系统的传输效率相比以d23＝0.2m进行优化的无线电能传输系统的传输效率高约1％。
根据实验结果进行分析可得出结论：
采用参数调整方法对无线电能传输系统进行调整，可有效提高传输效率，且参数调整方法可根据传输距离将该无线电能传输系统的传输效率提高至该传输距离下的最高值。
由上可见，本申请提供的一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置获取传输距离，结合该传输距离与差分进化算法计算传输效率计算公式，以求得最优解的第一距离、第二距离，进而根据该最优解的第一距离、第二距离控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构对该无线电能传输系统进行相应的调整，从而可达到针对不同的传输距离对该无线电能传输系统进行相应调整以优化传输效率的技术效果，增强了无线电能传输系统的传输性能。
实施例二
本申请还提供一种无线电能传输系统的参数调整装置，对应上文实施例一所述的参数调整方法。图7示出了本申请实施例二提供的一种参数调整装置。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。除非本实施例清楚地指明其它情况，否则本实施例中未明确说明之处皆与实施例一中的参数调整方法相对应。
本申请实施例中，无线电能传输系统为四线圈磁耦合结构，无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
第一线圈调整结构用于调整第一距离，第二线圈调整结构用于调整第二距离；
如图7所示，参数调整装置70包括：获取单元701、处理单元702、调整单元703；
获取单元701用于获取传输距离；
处理单元702用于：基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，传输效率计算公式基于四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，传输效率计算公式为计算无线电能传输系统的传输效率的公式，且传输效率计算公式与传输距离、第一距离和第二距离相关，且第一距离和第二距离为差分进化算法待求的解；
调整单元703用于：基于最优解，分别控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整第一距离和第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，传输距离为发射线圈与接收线圈之间的距离。
可选的，等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，电源与电源等效电阻与源线圈与源线圈等效电阻与第一谐振电容串联；
发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，发射线圈与发射线圈等效电阻与第二谐振电容串联；
接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，接收线圈与接收线圈等效电阻与第三谐振电容串联；
负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，负载电阻与负载线圈与负载线圈等效电阻与第四谐振电容串联连接。
可选的，传输效率公式为：
Figure BDA0002313123000000111
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
可选的，处理单元具体用于：当若获取的传输距离小于预设的传输距离阈值时，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
由上可见，本申请提供的一种无线电能传输系统的参数调整方法及装置获取传输距离，结合该传输距离与差分进化算法计算传输效率计算公式，以求得最优解的第一距离、第二距离，进而根据该最优解的第一距离、第二距离控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构对该无线电能传输系统进行相应的调整，从而可达到针对不同的传输距离对该无线电能传输系统进行相应调整以优化传输效率的技术效果，增强了无线电能传输系统的传输性能。
实施例三
本申请还提供一种无线电能传输系统，如图8所示，本申请实施例中的无线电能传输系统为四线圈耦合结构，包括：存储器801、处理器802以及存储在存储器801中并可在处理器802上运行的计算机程序、第一线圈调整结构803和第二线圈调整结构804，其中：存储器801用于存储软件程序以及模块，处理器802通过运行存储在存储器801的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，第一线圈调整结构803用于调整第一距离，第二线圈调整结构804用于调整第二距离。存储器801、处理器802、第一线圈调整结构803和第二线圈调整结构804通过总线805连接。
具体的，处理器802通过运行存储在存储器801的上述计算机程序时实现以下步骤：
获取传输距离；
基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，传输效率计算公式基于四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，传输效率计算公式为计算无线电能传输系统的传输效率的公式，且传输效率计算公式与传输距离，第一距离和第二距离相关，且第一距离和第二距离为差分进化算法待求的解；
基于最优解，分别控制第一线圈调整结构和第二线圈调整结构调整第一距离和第二距离；
其中，第一距离为四线圈磁耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，第二距离为四线圈磁耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，传输距离为发射线圈与接收线圈之间的距离。
假设为第一种可能的实施方式，则在基于第一种可能的实施方式的第二种可能的实施方式中，等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，电源与电源等效电阻与源线圈与源线圈等效电阻与第一谐振电容串联连接；
发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，发射线圈与发射线圈等效电阻与第二谐振电容串联连接；
接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，接收线圈与接收线圈等效电阻与第三谐振电容串联连接；
负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，负载电阻与负载线圈与负载线圈等效电阻与第四谐振电容串联连接。
在基于第二种可能的实施方式的第三种可能的实施方式中，传输效率公式为：
Figure BDA0002313123000000131
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
在基于第一种或第二种或第三种可能的实施方式的第四种可能的实施方式中，基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解具体为：
若获取的传输距离小于预设的传输距离阈值，则基于差分进化算法和传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
具体的，存储器801可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器802提供指令和数据。存储器801的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器；处理器802可以是中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)，该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、专用集成电路(ASIC，ApplicationSpecific Integrated Circuit)、现成可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable GateArray)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
实施例四
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现实施例所提供的步骤。具体的，该计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式中的一种，此处不作限定；该计算机可读存储介质可以为能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质中的一种，此处不作限定。需要说明的是，计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
本申请中设置测距装置(获取单元)，可选的测距装置有超声波测距传感器、红外测距传感器或激光测距传感器，此处不作限定，通过测距装置能够实时测量传输距离。测距装置获得的距离数据传输给处理单元，获得最佳传输效率时对应的第一距离和第二距离的大小，处理单元将结果数据传输给调整单元，从而控制调整单元分别通过两个线圈调整结构，调整第一距离和第二距离，使其满足最佳传输效率要求。线圈调整结构能根据距离传感器传递的距离信号调整线圈间距的大小，可选用多种调距装置，此处不做限定。
本申请中以接收线圈与负载线圈之间的距离、发射线圈与接收线圈之间的距离作为考虑量，获得相应的传输效率公式，并加入测距装置和调距单元可以根据传输距离变化实时调整两个距离，使系统始终处于最佳的传输效率状态，提高无线电能传输系统的传输性能。
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
本申请未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种无线电能传输系统的参数调整方法，其特征在于，所述无线电能传输系统为四线圈耦合结构，所述无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
所述第一线圈调整结构用于调整第一距离，所述第二线圈调整结构用于调整第二距离；
所述参数调整方法包括：
获取传输距离；
基于差分进化算法和所述传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，所述传输效率计算公式基于所述四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，所述传输效率计算公式为计算所述无线电能传输系统的传输效率的公式，且所述传输效率计算公式与所述传输距离，所述第一距离和所述第二距离相关，且所述第一距离和所述第二距离为所述差分进化算法待求的解；
基于所述最优解，分别控制所述第一线圈调整结构和所述第二线圈调整结构调整所述第一距离和所述第二距离；
其中，所述第一距离为所述四线圈耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，所述第二距离为所述四线圈耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，所述传输距离为所述发射线圈与所述接收线圈之间的距离；
通过动态调整设置源线圈与发射线圈之间的距离、接收线圈和负载线圈之间的距离来达到优化系统传输效率的目的；
所述传输效率公式为：
Figure FDA0003057478020000011
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在所述传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为所述源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
2.根据权利要求1所述的参数调整方法，其特征在于，所述等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
所述源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，所述电源与所述电源等效电阻与所述源线圈与所述源线圈等效电阻与所述第一谐振电容串联连接；
所述发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，所述发射线圈与所述发射线圈等效电阻与所述第二谐振电容串联连接；
所述接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，所述接收线圈与所述接收线圈等效电阻与所述第三谐振电容串联连接；
所述负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，所述负载电阻与所述负载线圈与所述负载线圈等效电阻与所述第四谐振电容串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的参数调整方法，其特征在于，所述基于差分进化算法和所述传输距离，计算传输效率计算公式的最优解具体为：
若获取的所述传输距离小于预设的传输距离阈值，则基于差分进化算法和所述传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
4.一种无线电能传输系统的参数调整装置，其特征在于，所述无线电能传输系统为四线圈耦合结构，所述无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
所述第一线圈调整结构用于调整第一距离，所述第二线圈调整结构用于调整第二距离；
所述参数调整装置包括：
获取单元，用于获取传输距离；
处理单元，用于：基于差分进化算法和所述传输距离，计算传输效率计算公式的最优解，其中，所述传输效率计算公式基于所述四线圈磁耦合结构的等效电路推导得到，所述传输效率计算公式为计算所述无线电能传输系统的传输效率的公式，且所述传输效率计算公式与所述传输距离、所述第一距离和所述第二距离相关，且所述第一距离和所述第二距离为所述差分进化算法待求的解；
调整单元，用于基于所述最优解，分别控制所述第一线圈调整结构和所述第二线圈调整结构调整所述第一距离和所述第二距离；
其中，所述第一距离为所述四线圈耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，所述第二距离为所述四线圈耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离，所述传输距离为所述发射线圈与所述接收线圈之间的距离；
所述传输效率公式为：
Figure FDA0003057478020000021
其中，A＝R2R3(R4+RL)+(ωM34)2R2+(ωM23)2(R4+RL)，
B＝(R1+RS)R2R3(R4+RL)+(ωM12)2R3(R4+RL)+(ωM23)2(R1+RS)(R4+RL)+(ωM34)2(R1+RS)R2+ω4M12 2M34 2；
在所述传输效率公式中，η为传输效率，ω为谐振角频率，μ0为真空磁导率，r1为所述源线圈的半径，r2为发射线圈的半径，r3为接收线圈的半径，r4为负载线圈的半径，n1为源线圈的匝数，n2为发射线圈的匝数，n3为接收线圈的匝数，n4为负载线圈的匝数，d23为传输距离，RS为电源等效电阻，R1为源线圈等效电阻，R2为发射线圈等效电阻，R3为接收线圈等效电阻，R4为负载线圈等效电阻，RL为负载电阻，M12为源线圈与发射线圈之间的互感，M34为接收线圈与负载线圈之间的互感，x1为待求的第一距离，x2为待求的第二距离。
5.根据权利要求4所述的参数调整装置，其特征在于，所述等效电路包括：源电路，发射电路，接收电路和负载电路；
所述源电路包括：电源、电源等效电阻、源线圈、源线圈等效电阻和第一谐振电容，所述电源与所述电源等效电阻与所述源线圈与所述源线圈等效电阻与所述第一谐振电容串联；
所述发射电路包括：发射线圈、发射线圈等效电阻和第二谐振电容，所述发射线圈与所述发射线圈等效电阻与所述第二谐振电容串联；
所述接收电路包括：接收线圈、接收线圈等效电阻和第三谐振电容，所述接收线圈与所述接收线圈等效电阻与所述第三谐振电容串联；
所述负载电路包括：负载电阻、负载线圈、负载线圈等效电阻和第四谐振电容，所述负载电阻与所述负载线圈与所述负载线圈等效电阻与所述第四谐振电容串联连接。
6.根据权利要求4或5所述的参数调整装置，其特征在于，所述处理单元具体用于：
当获取的所述传输距离小于预设的传输距离阈值时，基于差分进化算法和所述传输距离，计算传输效率计算公式的最优解。
7.一种无线电能传输系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述无线电能传输系统为四线圈耦合结构，所述无线电能传输系统设置有第一线圈调整结构和第二线圈调整结构；
所述第一线圈调整结构用于调整第一距离，所述第二线圈调整结构用于调整第二距离；
其中，所述第一距离为所述四线圈耦合结构中的源线圈与发射线圈之间的距离，所述第二距离为所述四线圈耦合结构中的接收线圈与负载线圈之间的距离；
所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3任一项所述方法的步骤。
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