[發(fā)明專利]一種魯棒的無(wú)線能量傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810652821.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108667152B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐嵐;明強(qiáng);張興敢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J50/10
• 分類(lèi)號(hào): H02J50/10;H02J50/40;H02J50/90
• 代理公司: 蘇州威世朋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

1.一種魯棒的無(wú)線能量傳輸方法，包括如下步驟：

(1)提供N個(gè)發(fā)送線圈和1個(gè)接收線圈，初始時(shí)給發(fā)送線圈陣列中的每個(gè)發(fā)送線圈加載帶有固定頻率的交流信號(hào)；

(2)依次觀測(cè)每個(gè)發(fā)送線圈上的電流，然后觀測(cè)實(shí)際加載到發(fā)送線圈上的電壓，每個(gè)發(fā)送線圈的觀測(cè)實(shí)施多次；

(3)在考慮估計(jì)誤差條件下，利用最小二乘得到發(fā)送線圈與接收線圈間互感的最小二乘估計(jì)值；

(4)推導(dǎo)接收線圈接收功率的下界，優(yōu)化此下界，得到系統(tǒng)在最壞情況下的傳輸效率，并分析估計(jì)誤差對(duì)接收功率的影響；

所述步驟(3)中，發(fā)送線圈與接收線圈間的KVL方程表述為：

式中：I_r為接收線圈上的電流，R_r為接收線圈上的負(fù)載阻抗，j為復(fù)數(shù)的虛部，w為施加在發(fā)送線圈上的交流信號(hào)的角頻率，為第n個(gè)發(fā)送線圈與接收線圈間的互感，為第n個(gè)發(fā)送線圈上的電流，為第n個(gè)發(fā)送線圈上的阻抗，v_n為加載到第n個(gè)發(fā)送線圈上的總電壓；

上面兩個(gè)式子簡(jiǎn)化為：

令其中，l表示第l次觀測(cè)，y_n(l)為第l次觀測(cè)時(shí)實(shí)際加載到第n個(gè)發(fā)送線圈上的真實(shí)電壓，v_n(l)為第l次觀測(cè)時(shí)加載到第n個(gè)發(fā)送線圈電路上的總電壓，表示第l次觀測(cè)時(shí)第n個(gè)發(fā)送線圈上的電流，上式表述為：

其中，表示第l次觀測(cè)時(shí)實(shí)際加載到第n個(gè)發(fā)送線圈上的電壓的觀測(cè)值，e_n(l)表示第l次觀測(cè)時(shí)第n個(gè)發(fā)送線圈上的電壓的觀測(cè)誤差，用x_n(l)來(lái)估計(jì)h_n，利用最小二乘法，表述為：

該式表示觀測(cè)值與實(shí)際值誤差的平方和，式中，L為總觀測(cè)次數(shù)；

所述步驟(3)中，利用最小二乘得到發(fā)送線圈與接收線圈間互感的最小二乘估計(jì)值為：

式中，表示在考慮估計(jì)誤差的條件下發(fā)送線圈與接收線圈間互感的估計(jì)值，令表示第n個(gè)發(fā)送線圈與接收線圈間互感的估計(jì)誤差，令e_n(l)～N(0,σ²)，N表示觀測(cè)誤差服從正態(tài)分布，σ表示正態(tài)分布的方差，～為連續(xù)性隨機(jī)變量服從分布的符號(hào)，則p_CE表示測(cè)量損耗功率，式中，ε表示估計(jì)誤差在某個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)，Pr()表示事件概率符號(hào)，表示服從高斯分布的隨機(jī)變量其分布函數(shù)表達(dá)式，t表示被積函數(shù)變量，當(dāng)Pr(|Δ_n|≤ε)→1，→表示接近或趨于，ε近似看作為|Δ_n|的上界：|Δ_n|≤ε，表示公式推導(dǎo)過(guò)程，α為給定的接近1的數(shù)，式中，f()表示正態(tài)分布函數(shù)數(shù)值，E_p＝LP_CE表示測(cè)量消耗的能量，從中能夠看出，估計(jì)誤差與測(cè)量消耗的能量成反比關(guān)系；

所述步驟(4)中，所述接收功率的下限為：

式中，表示在考慮估計(jì)誤差的條件下發(fā)送線圈與接收線圈間互感系數(shù)矩陣的特征值，R_t表示發(fā)送線圈上的電阻，E_T表示給定的總的發(fā)送功率，g(α)＝f²(α)，tr()表示矩陣的跡，N表示發(fā)送線圈數(shù)，T表示時(shí)隙數(shù)，表示在考慮估計(jì)誤差的條件下發(fā)送線圈與接收線圈間互感系數(shù)矩陣；

總發(fā)送功率的上限為：

式中，Λ_t表示發(fā)送線圈阻抗組成的對(duì)角陣，S_t＝I_tI_t^H，H表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置，I_t表示發(fā)送線圈上電流組成的向量，I表示單位矩陣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種魯棒的無(wú)線能量傳輸方法，其特征在于，所述步驟(2)中，包括如下步驟：

不同時(shí)刻的發(fā)送線圈上的電流向量是正交的：每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)送線圈閉合，觀測(cè)的是發(fā)送線圈上的電流，發(fā)送線圈上的總電壓，以及實(shí)際加載到發(fā)送線圈上的電壓，所述實(shí)際加載到發(fā)送線圈上的電壓指的是總電壓減去電路中電阻上的分壓，每個(gè)發(fā)送線圈的觀測(cè)實(shí)施多次。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種魯棒的無(wú)線能量傳輸方法，其特征在于，所述固定頻率為1MHz。