[發明專利]一種魯棒的無線能量傳輸方法

有效

• 申請號: 201810652821.1
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108667152B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 唐嵐;明強;張興敢
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/40;H02J50/90
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

本發明公開了一種魯棒的無線能量傳輸方法，包括如下步驟：提供N個發送線圈和1個接收線圈，初始時給發送線圈陣列中的每個發送線圈加載帶有固定頻率的交流信號；依次觀測每個發送線圈上的電流，然后觀測實際加載到發送線圈上的電壓，每個發送線圈的觀測實施多次；在考慮估計誤差條件下，利用最小二乘得到發送線圈與接收線圈間互感的最小二乘估計值；推導接收線圈接收功率的下界，優化此下界，得到系統在最壞情況下的傳輸效率，并分析估計誤差對接收功率的影響。本發明能提高系統在實際運用中的魯棒性，使系統在滿足發送端能量約束的前提下，最大化接收端的接收功率。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種魯棒的無線能量傳輸方法。

背景技術

自人類進入信息時代以來，電能作為主要的能源供應對人類的生產和生活貢獻很大。但是，傳統的電力傳輸設備主要采用金屬導線，這種“有線”的傳輸電力方式存在許多問題。例如在插孔和插頭處容易因摩擦或線路的老化引起電火花，極大地降低了供電的安全性和可靠性，嚴重影響設備的壽命周期。繁瑣龐大的數據線及電力電纜等導線排布也會造成空間浪費并增加施工和維護的成本。在一些特殊的用電場合下，如煤礦、水下、醫學等領域，傳統的有線電力傳輸方式不能滿足充電的需求，無線能量傳輸技術應運而生。無線充電技術的主要優勢在于它的便捷性和通用性，通過采用無線充電技術，公共移動設備充電站將有可能成為現實。缺點在于無線充電的效率相對于有線充電來說有些偏低，但是，移動設備對低功耗的追求為無線充電技術提供了廣闊前景。

現有的無線能量傳輸技術根據其物理機理可以分為三類：電感耦合，磁共振耦合和電磁輻射。電感耦合式的無線能量傳輸技術因其原理簡單，易于實現已經成為最為普遍的應用技術，由于磁感效應隨距離增加快速減弱，基于電感耦合的無線能量傳輸通常只能達到厘米級的充電距離。電磁輻射式無線能量傳輸技術雖然能夠實現遠距離的能量傳輸，但所需傳輸的能量功率非常高，這就對系統發射和接受設備裝置要求非常嚴格，同時傳播過程中也要求具有不可間斷的可視方位，實施起來較為復雜,在傳播過程中電磁能量也會有較大的損耗，從而造成這種傳輸方式效率較低。磁共振耦合無線能量傳輸技術可以實現米級的能量傳輸，但對線圈間的距離和對齊角度有嚴格要求。在采用磁波束成形的無線能量傳輸電路中，磁信道(由線圈間的互感系數決定)估計的精確程度在很大程度上影響了該技術的傳輸效率。

發明內容

本發明的目的在于提出一種魯棒的無線能量傳輸方法，先利用部分發送線圈上的電壓與電流估計發送線圈與接收線圈間的互感，考慮估計誤差，推導出接收線圈上接收功率的下界，優化此下界，得到系統在最壞情況下的傳輸效率，提高系統在實際應用中的魯棒性。

本發明采用的技術方案為一種魯棒的無線能量傳輸方法，包括如下步驟：

(1)初始時給發送線圈陣列中的每個發送線圈加載帶有固定頻率的交流信號；

(2)依次觀測每個發送線圈上的電流，然后觀測實際加載到發送線圈上的電壓，每個發送線圈的觀測實施多次；

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

(4)推導接收線圈接收功率的下界，優化此下界，得到系統在最壞情況下的傳輸效率，并分析估計誤差對接收功率的影響。

進一步的，所述步驟(2)中，包括如下步驟：

不同時刻的發送線圈上的電流向量是正交的：每個時刻只有一個發送線圈閉合，觀測的是發送線圈上的電流，發送線圈上的總電壓，以及實際加載到發送線圈上的電壓，所述實際加載到發送線圈上的電壓指的是總電壓減去電路中電阻上的分壓，每個發送線圈的觀測實施多次。

進一步的，所述步驟(3)中，發送線圈與接收線圈間的KVL(基爾霍夫定律)方程表述為：