[發明專利]一種室內無線輸能系統以及無線輸能方法

有效

• 申請號: 201710058090.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106856346B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 胡斌杰;李冰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/23
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.應用無線輸能系統的室內無線輸能方法，其特征在于：當待充電設備需要供能或檢測到電池電量不足時，待充電設備發送充電請求信號；當待充電設備不需要供能或檢測到電池已充滿時，待充電設備發送相應的充電終止信號；當待充電設備處于輸能過程中，待充電設備周期地發送充電狀態信息；在待充電設備發送充電請求信號的同時，待充電設備的能量接收系統啟動；在待充電設備發送充電終止信號的同時，待充電設備的能量接收系統關閉；由功率發射陣接收并記錄來自待充電設備的信號，并經過數據處理站的信號分析電路判斷所接收到的信號是充電請求信號、充電終止信號還是充電狀態信息；如果判斷接收到的信號為充電請求信號，那么由數據處理站中的信號處理模塊得到該接收信號的幅值和相位，通過一次時間反演、傅立葉變換、加權和功率放大操作得到功率發射陣的寬頻激勵信號；

所述通過一次時間反演、傅立葉變換、加權和功率放大操作得到功率發射陣的寬頻激勵信號由如下方式實現：

設輸能空間中有M個待充電設備，分別位于m＝1,2,…,M，θ_m為觀測仰角，為觀測的水平方位角，M個待充電設備分別發送充電請求信號p(t)，由具有N個天線單元的功率發射陣接收該信號，并對該信號進行時間反演和傅立葉變換操作，得到的頻域時間反演信號為：

其中，“*”表示取共軛操作，P(ω)為發送充電請求信號p(t)的頻域表達式，H_mn(ω)表示第m個待充電設備與第n個天線單元之間的信道信息，表示第n個天線單元的輻射類型；

對頻域時間反演信號Y_TR(ω)進行加權，得到功率發射陣的寬頻激勵信號為：

傳輸到第i個待充電設備處的信號為：

其中，i＝1,2,…,M；為權值，A_n(θ)為第n個天線對整個輸能空間中由于觀測仰角θ不同引起的電磁波衰減的補償，H_in(ω)表示第i個待充電設備與第n個天線單元之間的信道信息；

所述的無線輸能系統包括功率接收端和功率發射端；功率發射端由功率發射陣、信號分析電路、信號處理模塊、可變功率放大器和功率監測模塊組成；其中信號分析電路、信號處理模塊、可變功率放大和功率監測模塊組成數據處理站；接收模式的功率發射陣與信息分析電路、信號處理模塊、可變功率放大器和功率監測模塊依次連接；發射模式的功率發射陣與可變功率放大器連接；功率發射陣用于接收來自待充電設備的充電請求/終止信號及充電狀態信息和發射電磁功率；數據處理站用于分析和處理功率發射陣的接收信號及獲得功率發射陣的激勵；

功率接收端由多個待充電設備組成；每一個待充電設備均由能量接收天線和整流電路組成，能量接收天線用于接收來自功率發射陣和中繼單元的電磁功率；整流電路用于將射頻能量轉換成直流能量。

2.根據權利要求1所述的室內無線輸能方法，其特征在于：針對單純增加發射功率仍然無法滿足所有待充電設備的功率需求的情況，需要啟動中繼單元，該中繼單元用于接收來自功率發射陣中沒有聚焦到待充電設備處的電磁波和空間中被浪費的電磁波，經過可變功率放大器將發射功率放大到所需要的功率水平后，再發射到原輸能空間中為待充電設備無線輸能，充分利用空間中的電磁波。

3.根據權利要求1所述的室內無線輸能方法，其特征在于：所述室內無線輸能系統還包括中繼單元，中繼單元與輸入電源連接；中繼單元包括功率發射陣和可變功率放大器；或者中繼單元由功率發射陣和數據處理站組成；中繼單元接收來自功率發射陣中沒有聚焦到待充電設備處的電磁波和空間中被浪費的電磁波，經過可變功率放大器將發射功率放大到所需要的功率水平后，再發射到原輸能空間中為待充電設備，進行無線輸能。

4.根據權利要求1所述的室內無線輸能方法，其特征在于：所述整流電路由低通濾波器、匹配電路、整流二極管及直通濾波器依次連接組成。

5.根據權利要求1所述的室內無線輸能方法，其特征在于：所述功率發射陣集成或組裝在天花板、墻體、家具或地板上。

6.根據權利要求1或5所述的室內無線輸能方法，其特征在于：所述功率發射陣由任意結構任意排布的全向天線單元組成，天線單元包括矩形貼片天線、圓形貼片天線或螺旋天線。