基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法及系统，该方法包括：S1：根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；S2：获取对磁芯尺寸的约束条件；S3：以相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；S4：判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸，若是，执行S5，若否，执行S6；S5：输出满足预设指标要求的磁芯尺寸；S6：获取新的约束条件，重复执行S3。本发明专利技术有利于提高磁耦合装置的电能传输效果。

Optimizing Method and System of Wireless Charging Magnetic Coupling Device Based on Particle Swarm Optimization

The invention discloses an optimization method and system of wireless charging magnetic coupling device based on particle swarm optimization, which includes: S1: determining the relevant parameters of magnetic core affecting the output power and efficiency of magnetic coupling device according to the topological structure of wireless charging compensation circuit selected by users; S2: obtaining the constraint conditions for the size of magnetic core; S3: determining the relationship between the relevant parameters and the size of magnetic core. The relationship between the window area and the effective cross-sectional area of the core and the size of the core, the volume of the core and the size of the core are taken as objective functions, and the size of the core satisfying the constraint conditions is solved by particle swarm optimization algorithm.S4: Determine whether there is a size of the core satisfying the constraint conditions, and if so, execute S5, if not, execute S6; 5: Output core size to meet the preset requirements; S6: Obtain new constraints and repeat the execution of S3. The invention is beneficial to improving the electric energy transmission effect of the magnetic coupling device.

【技术实现步骤摘要】
基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法及系统
本专利技术涉及无线充电
，特别是一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法及系统。
技术介绍
自主式水下航行器AUV(Autonomousunderwatervehicle)是探索海底世界的重要工具，在民用以及军用领域都有广泛的应用，但由于受到自身体积与电池技术的限制，AUV不能够长时间在水下工作，主要采用打捞回收后进行充电的方法，这种方式不仅智能化较低，而且耗时长、不够便捷，大大降低了AUV的工作效率和隐蔽性。非接触感应电能传输技术即无线充电技术，能够让AUV自主、快速、高效地完成充电，是目前水下AUV电能传输的理想选择。目前关于无线充电技术的研究主要集中在电路拓扑结构、阻抗匹配以及控制策略等方向，对于磁耦合装置本身的优化设计的研究较少。但是磁耦合装置作为无线充电系统中至关重要的部分，与无线充电的传输功率与效率有着密切的联系，可以说磁耦合装置设计是否合理在一定程度上决定了无线充电系统性能的优劣。为实现较高的传输能力，应用于大功率无线充电的磁耦合装置通常会添加磁芯来约束磁场，但是在现有的磁耦合装置设计过程中，通常会根据功率等级直接选用标准尺寸的磁芯，而不考虑具体的应用环境，致使电能传输效果较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法及系统，有利于提高磁耦合装置的电能传输效果。为达到上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法，包括：步骤S1：根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；步骤S2：获取对磁芯尺寸的约束条件；步骤S3：以所述相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；步骤S4：判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸，若是，执行步骤S5，若否，执行步骤S6；步骤S5：输出所述满足预设指标要求的磁芯尺寸；步骤S6：获取新的约束条件，并重复执行步骤S3。进一步地，所述无线充电补偿电路拓扑结构为原边串联谐振、副边并联谐振的SP补偿网络，所述相关参数为磁芯的耦合系数。进一步地，所述磁芯为E型磁芯，所述磁芯尺寸包括磁芯的窗口高度、磁芯的窗口宽度、磁芯边柱宽度。进一步地，所述预设指标要求包括耦合系数指标要求、绕组匝数指标要求、绕组截面积指标要求、磁耦合装置的输出功率指标要求、磁耦合装置的效率指标要求中的至少一种。进一步地，所述磁耦合装置应用于自主式水下航行器。为实现上述目的，本专利技术的技术方案还提供了一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化系统，包括：第一处理模块，用于根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；获取模块，用于获取对磁芯尺寸的约束条件；第二处理模块，用于以所述相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；判断模块，用于判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸；输出模块，用于输出所述满足预设指标要求的磁芯尺寸；控制模块，用于获取新的约束条件，并控制所述第二处理模块重复执行通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸的步骤。进一步地，所述无线充电补偿电路拓扑结构为原边串联谐振、副边并联谐振的SP补偿网络，所述相关参数为磁芯的耦合系数。进一步地，所述磁芯为E型磁芯，所述磁芯尺寸包括磁芯的窗口高度、磁芯的窗口宽度、磁芯边柱宽度。进一步地，所述预设指标要求包括耦合系数指标要求、绕组匝数指标要求、绕组截面积指标要求、磁耦合装置的输出功率指标要求、磁耦合装置的效率指标要求中的至少一种。进一步地，所述磁耦合装置应用于自主式水下航行器。本专利技术提供的无线充电磁耦合装置优化方法基于粒子群算法，不但可以解决传统磁耦合装置耦合能力弱、传输功率小的缺点，有效提高磁耦合装置的电能传输效果，同时还有利于减小磁耦合装置的体积和重量，占用的AUV表面积较少，单位面积功率密度较高。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是本专利技术实施例提供的一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种无线充电电路的示意图；图3是本专利技术实施例提供的磁芯的示意图；图4是本专利技术实施例提供的磁路模型的示意图；图5是本专利技术实施例提供的粒子群算法的流程图。具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法的流程图，该方法包括：步骤S1：根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；步骤S2：获取对磁芯尺寸的约束条件；步骤S3：以所述相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；步骤S4：判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸，若是，执行步骤S5，若否，执行步骤S6；步骤S5：输出所述满足预设指标要求的磁芯尺寸；步骤S6：获取新的约束条件，并重复执行步骤S3。粒子群算法是一种基于群体的随机优化技术，与其他基于群体的进化算法相比，它们均初始化为一组随机解，通过迭代搜寻最优解，不同的是，粒子群算法模拟社会，而其他进化算法遵循适者生存原则，因此，采用粒子群算法在磁耦合装置设计过程中可以实现多目标优化；本专利技术实施例将粒子群算法用于磁耦合装置的磁芯的优化，将每组参数看成一个粒子，代入目标函数计算其适应值，根据适应值的大小衡量解的优劣，进而可以得到较佳的磁芯尺寸，有利于提高磁耦合装置的电能传输效果。其中，在本专利技术实施例中，所述无线充电补偿电路拓扑结构可以为原边串联谐振、副边并联谐振的SP补偿网络，所述相关参数为磁芯的耦合系数。其中，在本专利技术实施例中，所述磁芯可以为E型磁芯，所述磁芯尺寸包括磁芯的窗口高度、磁芯的窗口宽度、磁芯边柱宽度。其中，在本专利技术实施例中，所述预设指标要求可以包括耦合系数指标要求、绕组匝数指标要求、绕组截面积指标要求、磁耦合装置的输出功率指标要求、磁耦合装置的效率指标要求中的至少一种。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；步骤S2：获取对磁芯尺寸的约束条件；步骤S3：以所述相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；步骤S4：判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸，若是，执行步骤S5，若否，执行步骤S6；步骤S5：输出所述满足预设指标要求的磁芯尺寸；步骤S6：获取新的约束条件，并重复执行步骤S3。

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的无线充电磁耦合装置优化方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据用户选择的无线充电补偿电路拓扑结构确定磁芯影响磁耦合装置的输出功率和效率的相关参数；步骤S2：获取对磁芯尺寸的约束条件；步骤S3：以所述相关参数与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的窗口面积与有效截面积的积与磁芯尺寸之间的关系、磁芯的体积与磁芯尺寸之间的关系为目标函数，通过粒子群算法求解满足约束条件的磁芯尺寸；步骤S4：判断满足约束条件的磁芯尺寸中是否存在满足预设指标要求的磁芯尺寸，若是，执行步骤S5，若否，执行步骤S6；步骤S5：输出所述满足预设指标要求的磁芯尺寸；步骤S6：获取新的约束条件，并重复执行步骤S3。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线充电补偿电路拓扑结构为原边串联谐振、副边并联谐振的SP补偿网络，所述相关参数为磁芯的耦合系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁芯为E型磁芯，所述磁芯尺寸包括磁芯的窗口高度、磁芯的窗口宽度、磁芯边柱宽度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设指标要求包括耦合系数指标要求、绕组匝数指标要求、绕组截面积指标要求、磁耦合装置的输出功率指标要求、磁耦合装置的效率指标要求中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁耦合装置应用于自主式水下航行器。6.一种基于粒子群算法的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡春伟，秦沐，武帅，刘金泉，张言语，任秀云，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，山东船舶技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37