CN111007342B - 基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，包括以下步骤：根据纽曼公式计算跑道型线圈TX和RX的两个半圆之间的互感系数；计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；计算跑道型线圈TX的矩形部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，并根据线圈间的角度错位对计算结果进行修正；计算得出整个TX线圈和RX线圈之间的互感系数；根据TX线圈和RX线圈间的互感系数以及正向传输增益进一步计算传输效率。采用了本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，传输效率计算影响因素少，误差小，具有较大的应用范围。

Description

基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测 量处理的方法
技术领域
本发明涉及仪器仪表领域，尤其涉及仪器仪表能量传输领域，具体是指一种基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法。
背景技术
无线能量传输或无线功率传输的技术本质是基于电源与负载，其中间不通过任何传输线，只通过电磁感应、耦合的方式，将能量进行传输。距离、频率、线圈的模型等因素都是影响传输效率。到目前为止，手机领域已经实现无线电力传输，但是在手持仪表还未涉及。通常在求两个线圈之间的互感系数M的时候，采用Greenhouse、Newmann’s formula
Figure BDA0002328457070000011
等公式计算。计算线圈之间的传输效率，采用Pout/Pin或者通过计算其S21参数，再计算其传输效率。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足误差小、影响因素少准确度高的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法。
为了实现上述目的，本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法如下：
该基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)计算机软件***进行初始化处理；
(2)***根据用户的输入信息得到相应的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数；
(3)***根据所得到的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数，通过调用计算软件计算跑道型线圈TX和RX之间的互感系数；
(4)***根据TX线圈和RX线圈间的互感系数以及正向传输增益，进一步通过调用计算软件计算传输效率，并且通过调用计算软件生成并展现出电磁场的分布图。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)根据纽曼公式计算跑道型线圈TX和RX的两个半圆之间的互感系数；
(3.2)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.3)计算跑道型线圈TX的矩形部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.4)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，并根据线圈间的角度错位对计算结果进行修正；
(3.5)计算得出整个TX线圈和RX线圈之间的互感系数。
较佳地，所述的步骤(3.4)中根据线圈间的角度错位修正互感系数计算，具体为：
根据以下公式计算修正互感系数计算：
Figure BDA0002328457070000021
Figure BDA0002328457070000022
Figure BDA0002328457070000023
Figure BDA0002328457070000024
Ma1＝Ma1a2+Ma1b2+Ma1c2+Ma1d2；
其中，l1和l3分别表示TX线圈和RX线圈的半圆半径，2l2和2l4分别表示TX线圈和RX线圈的长度θ是两个线圈之间的角度差，Ma1为修正后的线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，φ，
Figure BDA0002328457070000025
分别是TX线圈，RX线圈笛卡尔坐标转化成圆柱坐标的表示方式。
较佳地，所述的计算软件为MATLAB计算软件。
采用了本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，巧妙解决了手持仪表尚未涉及无线电力传输的技术空白缺陷，考虑到不同的线圈模型设计，以及可能存在的情况及影响因素，本发明采用新型的计算公式，对传输效率进行计算，本发明的方法影响因素少，误差小，具有较大的应用范围。
附图说明
图1为现有技术的常规跑道型线圈示意图。
图2为现有技术的常规型跑道线圈的传输效率与距离之间仿真结果图。
图3为本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法的流程图。
图4为本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法的存在角度偏差时线圈模型示意图。
图5为本发明的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法的存在角度偏差时的传输效率与角度之间仿真结果图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)计算机软件***进行初始化处理；
(2)***根据用户的输入信息得到相应的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数；
(3)***根据所得到的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数，通过调用计算软件计算跑道型线圈TX和RX之间的互感系数；所述的计算软件为MATLAB计算软件，其中包括以下步骤：
(3.1)根据纽曼公式计算跑道型线圈TX和RX的两个半圆之间的互感系数；
(3.2)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.3)计算跑道型线圈TX的矩形部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.4)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，并根据线圈间的角度错位对计算结果进行修正；
(3.5)计算得出整个TX线圈和RX线圈之间的互感系数；
(4)***根据TX线圈和RX线圈间的互感系数以及正向传输增益，进一步通过调用计算软件计算传输效率，并且通过调用计算软件生成并展现出电磁场的分布图。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.4)中根据线圈间的角度错位修正互感系数计算，具体为：
根据以下公式计算修正互感系数计算：
Figure BDA0002328457070000041
Figure BDA0002328457070000042
Figure BDA0002328457070000043
Figure BDA0002328457070000044
Ma1＝Ma1a2+Ma1b2+Ma1c2+Ma1d2；
其中，l1和l3分别表示TX线圈和RX线圈的半圆半径，2l2和2l4分别表示TX线圈和RX线圈的长度θ是两个线圈之间的角度差，Ma1为修正后的线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，φ，
Figure BDA0002328457070000045
分别是TX线圈，RX线圈笛卡尔坐标转化成圆柱坐标的表示方式，其中一组的转换矩阵如下所示：
Figure BDA0002328457070000046
本发明的具体实施方式中，通过对跑道型线圈、并且两个线圈之间存在角度错位(angle misalignment)的互感系数进行计算，通过互感系数M，进而可以算出线圈之间的传输效率。
其具体过程如下所示：
1、根据纽曼公式(Newmann’s formula)可以求出跑道型线圈TX，RX两个半圆之间的互感系数；
2、根据公式，求出跑道型线圈TX半圆与RX线圈矩形部分的互感系数；
3、根据公式，求出跑道型线圈TX矩形与RX线圈矩形部分的互感系数；
4、本发明只列举出线圈TX半圆部分与RX线圈之间的互感系数，如下：
Figure BDA0002328457070000051
Figure BDA0002328457070000052
Figure BDA0002328457070000053
Figure BDA0002328457070000054
Ma1＝Ma1a2+Ma1b2+Ma1c2+Ma1d2；
5、在实际操作中，会存在angle misalignment，其中第4步中出现的公式，将修改成如下：
Figure BDA0002328457070000055
Figure BDA0002328457070000056
Figure BDA0002328457070000057
Figure BDA0002328457070000058
Ma1＝Ma1a2+Ma1b2+Ma1c2+Ma1d2；
6、同理，可以根据上述方法求出整个TX线圈和RX线圈之间的互感系数；
7、已知互感系数与S21之间的关系式、S21与传输效率之间的关系，可以进一步传输效率。
如图3所示为本发明的方法的流程图，图中
Figure BDA0002328457070000061
为线圈各部分间的互感系数，M为整个线圈间的互感系数。如图4和图5所示，为本发明的具体实施例的仿真结果。
采用了上述的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，巧妙解决了手持仪表尚未涉及无线电力传输的技术空白缺陷，考虑到不同的线圈模型设计，以及可能存在的情况及影响因素，本发明采用新型的计算公式，对传输效率进行计算，本发明的方法影响因素少，误差小，具有较大的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (2)

1.一种基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)计算机软件***进行初始化处理；
(2)***根据用户的输入信息得到相应的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数；
(3)***根据所得到的手持仪表的TX线圈和RX线圈的尺寸参数，通过调用计算软件计算跑道型线圈TX和RX之间的互感系数；
(4)***根据TX线圈和RX线圈间的互感系数以及正向传输增益，进一步通过调用计算软件计算传输效率，并且通过调用计算软件生成并展现出电磁场的分布图；
所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)根据纽曼公式计算跑道型线圈TX和RX的两个半圆之间的互感系数；
(3.2)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.3)计算跑道型线圈TX的矩形部分与RX线圈的矩形部分之间的互感系数；
(3.4)计算跑道型线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，并根据线圈间的角度错位对计算结果进行修正；
(3.5)计算得出整个TX线圈和RX线圈之间的互感系数；
所述的步骤(3.4)中根据线圈间的角度错位修正互感系数计算，具体为：
根据以下公式计算修正互感系数计算：
Figure FDA0003376502130000011
Figure FDA0003376502130000012
Figure FDA0003376502130000013
Figure FDA0003376502130000021
Ma1＝Ma1a2+Ma1b2+Ma1c2+Ma1d2；
其中，l1和l3分别表示TX线圈和RX线圈的半圆半径，2l2和2l4分别表示TX线圈和RX线圈的长度θ是两个线圈之间的角度差，Ma1为修正后的线圈TX的半圆部分与RX线圈之间的互感系数，φ，
Figure FDA0003376502130000022
分别是TX线圈，RX线圈笛卡尔坐标转化成圆柱坐标的表示方式。
2.根据权利要求1所述的基于计算机软件针对手持仪表实现无线电力充电传输效率测量处理的方法，其特征在于，所述的计算软件为MATLAB计算软件。
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