EC-WPT系统的联合仿真模型构建及仿真方法技术方案

本发明专利技术涉及无线供电技术领域，具体为一种EC

【技术实现步骤摘要】
EC
‑
WPT系统的联合仿真模型构建及仿真方法


[0001]本专利技术涉及无线供电
，尤其涉及一种EC
‑
WPT系统的联合仿真模型构建及仿真方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输(WPT)技术通过磁场、电场、微波、激光等载体实现电能的无线传输，有着广阔的应用前景和丰富的应用潜力。目前，通过磁场传输电能的磁场耦合式无线电能传输(Magmatic Coupled Wireless Power Transfer,MC
‑
WPT)技术的相关研究已经十分成熟并被广泛应用于各个领域，以解决传统的电缆式供电方法中火花和磨损等问题。与MC
‑
WPT系统相对应，电场耦合式无线电能传输(Electric Coupled Wireless Power Transport,EC
‑
WPT)系统具有以下优点：耦合机构简单轻薄、形状易变、成本低；能够通过金属障碍传输能量；耦合机构之间或周围金属导体上引起的涡流损耗小，磁场干扰低。国内外学者在EC
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WPT系统建模和参数优化、耦合机构设计、系统控制方法、系统安全性、能量信号并行传输等相关研究领域已经进行了全面的研究并取得了丰硕的成果。
[0003]与MC
‑
WPT系统相比，EC
‑
WPT系统耦合机构轻薄且成本低的优点在于其耦合机构能够采用金属薄板，铜箔甚至喷涂金属漆来形成其耦合机构的发射和接收极板。然而，目前针对耦合机构损耗以及耦合极板内部电流密度分布的研究较少。有学者分析了EC
‑
WPT系统电路中补偿电容、补偿电感、开关器件和整流器上产生的功率损耗，并用系统总功率损耗减去器件产生的功率损耗间接计算出耦合机构的功率损耗，最终发现耦合机构功率损耗分别占到总功率损耗的29％和34％，可以看出，耦合机构损耗是EC
‑
WPT系统中功率损耗的一个主要构成部分。然而，这种间接损耗计算方法无法用于分析和推导耦合机构损耗与耦合机构参数之间的关系。也有学者将耦合机构视为理想电容器，分析了耦合机构的介电损耗。其分析过程只考虑了耦合机构介质中所产生的损耗，而忽略了极板内部所产生的欧姆损耗。可以看出，现有技术中对于耦合极板的厚度对系统性能和耦合板内电流密度分布的影响，目前还没有成熟的研究成果，因此有必要对这些课题进行进一步的研究。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术首先提供一种EC
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WPT系统的联合仿真模型构建方法，用于研究耦合极板厚度对EC
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WPT系统耦合机构极板内部电流密度以及耦合机构周围电场强度的影响，通过采用Simplorer电路仿真软件代替Simulink，可以不用在电路仿真模型中建立耦合机构的等效模型，而是将耦合机构的有限元仿真模型直接链接到电路仿真模型中，从而简化建模步骤。
[0005]为了实现所述目的，本专利技术所提出的一种EC
‑
WPT系统的联合仿真模型构建方法，具体步骤如下：
[0006]S11：利用AEDT平台新建AEDT工程，用于管理包括Maxwell和Simplorer在内的多个仿真软件模型；
[0007]S12：定义系统参数为全局变量并输入系统参数值；
[0008]S13：在AEDT工程下添加两个Maxwell 3D仿真文件并设置求解类型为Electric Transient和Electrostatic；
[0009]S14：调用全局变量中耦合机构参数，通过参数化建模的方法在两个Maxwell3D仿真文件中建立EC
‑
WPT系统耦合机构的有限元仿真模型；
[0010]S15：向AEDT工程中插入Simplorer仿真文件，并建立EC
‑
WPT系统的电路模型；
[0011]S16：对步骤S14建立的有限元仿真模型和步骤S15建立的电路模型进行网格划分、激励设定和求解步骤设置；
[0012]S17：将求解类型为Electrostatic的Maxwell 3D仿真文件与Simplorer仿真文件链接形成EC
‑
WPT系统的联合仿真模型。
[0013]可选地，所述EC
‑
WPT系统包括直流电源、高频逆变器、原边LC补偿网络、第一发射极板、第二发射极板、第一接收极板、第二接收极板、副边LC补偿网络、整流滤波电路和用电负载，其中原边LC补偿网络为电感L1和电容C
ex1
构成的串联补偿网络，所述第一发射极板与电容C
ex1
的一端连接，所述第二发射极板与电容C
ex1
的另一端连接，所述副边LC补偿网络为电感L2和电容C
ex2
构成的并列补偿网络，所述第一接收极板与电容C
ex2
的一端连接，所述第二接收极板与电容C
ex2
的另一端连接，所述第一发射极板与所述第一接收极板相对设置形成第一等效电容，所述第二发射极板与所述第二接收极板相对设置形成第二等效电容。
[0014]可选地，所述整流滤波电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4构成的全桥整流电路以及滤波电感L
F
和滤波电容C
f
串联形成的高频滤波电路，所述用电负载并联在滤波电容C
f
的两端。
[0015]可选地，所述耦合机构为平行四极板式耦合机构，所述第一发射极板、第二发射极板、第一接收极板和第二接收极板均为平面圆形极板，步骤S12中定义的系统参数包括第一发射极板、第二发射极板、第一接收极板和第二接收极板的厚度、极板半径、同侧极板之间的间距，能量传输距离以及极板激励点距离极板中心的距离。
[0016]可选地，所述耦合机构为层叠式或圆筒式耦合机构。
[0017]基于上述方法建立的联合仿真模型，本专利技术还提供了一种EC
‑
WPT系统的联合仿真方法，其关键在于，采用前文所述的EC
‑
WPT系统的联合仿真模型构建方法构建EC
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WPT系统的联合仿真模型，包括以下步骤：
[0018]S21:根据仿真需求设定系统参数值；
[0019]S22：在联合仿真模型中，运行Simplorer进行仿真分析；
[0020]S23：生成耦合极板板间电压的电路仿真结果；
[0021]S24：将耦合极板板间电压的仿真结果带人到求解类型为Electric Transient的Maxwell仿真文件中并设定为耦合极板的激励电压；
[0022]S25：运行联合仿真模型进行仿真分析，在求解类型为Electric Transient的Maxwell仿真文件中观察有限元仿真结果；
[0023]S26：选定需要观察的截面或物体表面，选择需要观察的物理场，生成电场强度和电流密度的有限元仿真结果；
[0024]S27：判断仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种EC
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WPT系统的联合仿真模型构建方法，其特征在于包括以下步骤：S11：利用Ansys Electric Desktop(AEDT)平台新建AEDT工程，用于管理包括Maxwell和Simplorer在内的多个仿真软件模型；S12：定义系统参数为全局变量并输入系统参数值；S13：在AEDT工程下添加两个Maxwell 3D仿真文件并设置求解类型为Electric Transient和Electrostatic；S14：调用全局变量中耦合机构参数，通过参数化建模的方法在两个Maxwell3D仿真文件中建立EC
‑
WPT系统耦合机构的有限元仿真模型；S15：向AEDT工程中插入Simplorer仿真文件，并建立EC
‑
WPT系统的电路模型；S16：对步骤S14建立的有限元仿真模型和步骤S15建立的电路模型进行网格划分、激励设定和求解步骤设置；S17：将求解类型为Electrostatic的Maxwell 3D仿真文件与Simplorer仿真文件链接形成EC
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WPT系统的联合仿真模型。2.根据权利要求1所述的EC
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WPT系统的联合仿真模型构建方法，其特征在于，所述EC
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WPT系统包括直流电源、高频逆变器、原边LC补偿网络、第一发射极板、第二发射极板、第一接收极板、第二接收极板、副边LC补偿网络、整流滤波电路和用电负载，其中原边LC补偿网络为电感L1和电容C
ex1
构成的串联补偿网络，所述第一发射极板与电容C
ex1
的一端连接，所述第二发射极板与电容C
ex1
的另一端连接，所述副边LC补偿网络为电感L2和电容C
ex2
构成的并列补偿网络，所述第一接收极板与电容C
ex2
的一端连接，所述第二接收极板与电容C
ex2
的另一端连接，所述第一发射极板与所述第一接收极板相对设置形成第一等效电容，所述第二发射极板与所述第二接收极板相对设置形成第二等效电容。3.根据权利要求2所述的EC<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏玉刚，邓旸，余靖宇，唐春森，胡宏晟，孙跃，王智慧，戴欣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：