【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法和系统，属于水下无线电能传输。
技术介绍
1、水下无线电能传输系统是在水下环境中基于磁感应式无线电能传输的原理对水下设备进行电能供给的新型供电方式，主要应用于水下探测器、水下机器人以及水下观测站等用电设备。与水下插拔连接器相比，水下无线电能传输系统有效提高了充电组件的使用寿命，充电更安全、灵活，可靠性和适应性强，因此可以在深海环境中实现电能互连。与空气相比较，海水具有良好的导电性，无线电能传输在海洋环境中工作时，交变电流产生空间内的交变磁场，交变磁场又会在海水中产生涡旋电场，由于海水具有较大的电导率，其产生的电涡流损耗较大，会降低海水中电能传输效率，增加了系统的复杂程度，因此必须要对于海水环境下的涡流损耗进行分析。故本专利技术提出了一种海水环境下无线电能传输系统线圈间涡流损耗的计算方法。
2、现有的水下无线电能传输系统的线圈之间的涡流损耗研究方法是采用纯解析解加数值解的方法求解轴对称模型下，不加入铁氧体的两线圈之间涡流损耗，该方法在实际的无线传能系统中往往需要加入作为电磁屏蔽结构的磁芯，因此采用纯解析解加数值解的计算方法不能很好地满足实际系统的需求，计算结果与实际系统差距较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法和系统，用以解决现有的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法的计算结果与实际系统差距较大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的方案
3、本专利技术的一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，按照无线电能传输系统发射端和接收端的体积要求，确定作为线圈参数的发射端的发射线圈的自感参数、接收端的接收线圈的自感参数以及发射线圈和接收线圈之间的互感参数，并将线圈参数代入预先获得的该系统线圈之间总涡流损耗的计算式，以计算得出总涡流损耗。
4、进一步地，线圈参数根据按照体积要求确定的发射线圈和接收线圈的机械参数测算得到。
5、进一步地，总涡流损耗的计算式通过如下方式获得：确定该系统所在水环境的电导率、水环境的相对磁导率以及该系统的工作频率，将电导率、相对磁导率以及工作频率代入预先获得的总涡流损耗的表达式并进行推导得到。
6、进一步地，总涡流损耗的计算式为：
7、
8、式中，peddy为总涡流损耗，il1为发射线圈的线电流，il2为接收线圈的线电流，θ为发射线圈和接收线圈线电流间的相位差，j为虚数单位，rc1为发射线圈侧涡流损耗的等效电阻值，rc2为接收线圈侧涡流损耗的等效电阻值。
9、进一步地，总涡流损耗的表达式指发射线圈在水环境中涡流损耗的表达式与接收线圈在水环境中涡流损耗的表达式之和。
10、进一步地，发射线圈的涡流损耗的表达式为：
11、
12、接收线圈的涡流损耗的表达式为：
13、
14、总涡流损耗的表达式为：
15、
16、系统的工作频率和系统工作的角频率的关系表达式为：
17、
18、式中，peddy为总涡流损耗，peddy1为发射线圈的涡流损耗，peddy2为接收线圈的涡流损耗，σ为水环境的电导率，μ为水环境的相对磁导率，ω为系统工作的角频率，il1为发射线圈的线电流，il2为接收线圈的线电流，j为虚数单位，θ为发射线圈和接收线圈线电流间的相位差，f为系统的工作频率。
19、进一步地，还根据发射线圈和接收线圈各自涡流损耗的表达式分别确定单边线圈的涡流损耗的解析表达式和该系统的有限元仿真等效模型，并通过有限元仿真等效模型的仿真结果和解析表达式对比分析来验证有限元仿真等效模型和解析表达式的一致性，进一步获得综合性能最优的有限元仿真等效模型；单边线圈指发射线圈或接收线圈。
20、进一步地，单边线圈的涡流损耗的解析表达式为：
21、
22、系统的工作频率和系统工作的角频率的关系表达式为：
23、
24、式中，peddy1为发射线圈的涡流损耗，peddy2为接收线圈的涡流损耗，σ为水环境的电导率，μ为水环境的相对磁导率，ω为系统工作的角频率，i1为发射线圈或接收线圈的线电流，rsea为发射线圈和接收线圈之间的水环境半径，hsea为发射线圈和接收线圈之间的水环境高度，θ为发射线圈和接收线圈线电流间的相位差，f为系统的工作频率，j1为贝塞尔函数，aii为发射线圈和接收线圈之间的水环境半径的计算变量，λ为第一计算因子，ρ为柱坐标系半径计算变量，u为第二计算因子，z为柱坐标系的z方向计算变量，ii为线圈匝数的计数变量，n为线圈匝数。
25、本专利技术的一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算系统，包括处理器，处理器用于执行指令以实现如上述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法。
26、本专利技术的有益效果：
27、区别于现有的采用纯解析解加数值解的计算方法来计算水下无线电能传输系统的线圈之间的总涡流损耗，本专利技术提供一种全新用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法和系统，其中总涡流损耗是将按照体积要求确定的作为线圈参数的发射端的发射线圈的自感参数、接收端的接收线圈的自感参数以及发射线圈和接收线圈之间的互感参数代入预先获得的该系统线圈之间总涡流损耗的计算式中计算得到，该方法能够得到加入电磁屏蔽结构的无线电能传输系统的线圈涡流损耗计算表达式，并计算得出更为精确的计算结果。
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1.一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，按照无线电能传输系统发射端和接收端的体积要求，确定作为线圈参数的所述发射端的发射线圈的自感参数、所述接收端的接收线圈的自感参数以及所述发射线圈和接收线圈之间的互感参数，并将所述线圈参数代入预先获得的该系统线圈之间总涡流损耗的计算式，以计算得出所述总涡流损耗。
2.根据权利要求1所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述线圈参数根据按照所述体积要求确定的所述发射线圈和所述接收线圈的机械参数测算得到。
3.根据权利要求1所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述总涡流损耗的计算式通过如下方式获得：确定该系统所在水环境的电导率、水环境的相对磁导率以及该系统的工作频率，将所述电导率、相对磁导率以及工作频率代入预先获得的总涡流损耗的表达式并进行推导得到。
4.根据权利要求3所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述总涡流损耗的计算式为：
5.根据权利要求3所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特
6.根据权利要求5所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述发射线圈的涡流损耗的表达式为：
7.根据权利要求5或6所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，还根据所述发射线圈和接收线圈各自的涡流损耗的表达式分别确定单边线圈的涡流损耗的解析表达式和该系统的有限元仿真等效模型，并通过所述有限元仿真等效模型的仿真结果和所述解析表达式对比分析来验证所述有限元仿真等效模型和所述解析表达式的一致性，进一步获得综合性能最优的所述有限元仿真等效模型；所述单边线圈指发射线圈或接收线圈。
8.根据权利要求7所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述单边线圈的涡流损耗的解析表达式为：
9.一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算系统，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行指令以实现如权利要求1至8任一项所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，按照无线电能传输系统发射端和接收端的体积要求，确定作为线圈参数的所述发射端的发射线圈的自感参数、所述接收端的接收线圈的自感参数以及所述发射线圈和接收线圈之间的互感参数，并将所述线圈参数代入预先获得的该系统线圈之间总涡流损耗的计算式，以计算得出所述总涡流损耗。
2.根据权利要求1所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述线圈参数根据按照所述体积要求确定的所述发射线圈和所述接收线圈的机械参数测算得到。
3.根据权利要求1所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述总涡流损耗的计算式通过如下方式获得：确定该系统所在水环境的电导率、水环境的相对磁导率以及该系统的工作频率，将所述电导率、相对磁导率以及工作频率代入预先获得的总涡流损耗的表达式并进行推导得到。
4.根据权利要求3所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法，其特征在于，所述总涡流损耗的计算式为：
5.根据权利要求3所述的用于水下无线电能传输的线圈涡流损耗计算方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志孟，郭建设，姚毅飞，赵永明，黄梦鸽，王刚，
申请(专利权)人：中航光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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