[發明專利]一種用于全方向無線輸電系統的負載線圈位置檢測方法

有效

• 申請號: 202110344895.0
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112968535B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 孫向東;張昭陽;任碧瑩;王之軒;陳澤馳
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02J50/90
• 分類號: H02J50/90
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

本發明提供了一種用于全方向無線輸電系統的負載線圈位置檢測方法，通過數學建模分析后將二維和三維全方向WPT系統中的負載線圈位置檢測問題轉化為全方向WPT系統的輸入功率最大化搜索問題。基于Barz?i?l?a?i?Borwe?i?n方法的梯度下降法計算最優步長角度，可以實現每次迭代過程的最優步長角度，進而減小迭代次數，快速擾動注入三相正交發射線圈的電流，實現最大輸入功率的快速搜索，達到快速定位負載線圈位置的目的，同時實現最大傳輸效率。

技術領域

本發明屬于無線輸電技術領域，涉及一種用于全方向無線輸電系統的負載線圈位置檢測方法。

背景技術

無線電能傳輸(Wireless?Power?Transfer,WPT)技術由于其便捷性和安全性，已經成為電子設備充電的新興解決方案。隨著WPT的逐步使用，越來越多的電子產品，如智能手機、智能手表、平板電腦和筆記本電腦等均支持無線充電。通常手機、智能手表等移動電子產品在充電時需要被固定在充電板上，并且在充電過程中用戶不能自由使用設備，這在實際使用中很不方便，并不像用戶所希望的，與傳統的有線充電方式一樣在充電時仍然能夠自由使用設備。

為了解決上述問題，越來越多的學者開始關注WPT系統空間自由度的問題。對于傳統的兩線圈和四線圈結構的WPT系統而言，產生的磁場指向某個特定方向，如果接收線圈發生位置偏移或者旋轉偏移，則傳輸效率會大大降低，因此普通的兩線圈和四線圈結構不適用于對移動要求高的應用場合，特別是智能可穿戴設備。為了提高無線輸電系統的空間自由度，一種有效的解決方案是采用多相正交發射線圈，利用電流控制方法產生全方向的磁矢量，不管線圈是否發生移動，都可以獲得全方向無線功率傳輸能力。有研究表明，將無線功率直接發送到目標負載是最節能的方法，而不是向各個方向都發送功率。因此為了提高傳輸效率，減小充電時間，該解決方案的難點是在實際應用中，很難實時獲得負載線圈(即接收線圈)的位置信息，不能保證將無線功率定向發送給負載線圈，從而不能實現系統傳輸效率最高。現有的電流控制方法中電流幅值調制最適合實現將無線功率定向發送給負載線圈。基于該電流控制方法，目前的檢測負載線圈位置的方法是向三個正交發射線圈中注入電流，使其依次產生很多個磁矢量，每個磁矢量與負載線圈磁場耦合，所有磁矢量掃描一遍，將產生一個扭曲的球面，扭曲程度最大時所加的磁矢量對應的位置即為負載線圈所在的位置。可以看出每次進行負載線圈位置檢測時，都需要將很多個磁矢量掃描一遍，所以這種方法不適用于頻繁移動的負載線圈位置檢測。

需要注意的是，本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明的實施方式提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。

發明內容

本發明目的在于提供了一種用于全方向無線輸電系統的負載線圈位置檢測方法，可以快速定位負載線圈位置，同時實現最大傳輸效率。

為實現上述目的本發明采用如下技術方案：

該用于全方向無線輸電系統的負載線圈位置檢測方法，包括以下步驟：

S1：設定初始參數

建立全方向無線輸電系統的數學模型,設定θ和為三維平面上合成電流矢量的物理角度，根據采樣的直流電壓和直流電流獲得初始狀態的輸入功率P_in(0,0)，進入步驟S2；其中，θ為電流矢量與Z軸的正向夾角，為電流矢量在XOY平面的投影與X軸正向的夾角；

S2：計算初始狀態信息

基于Barzilai-Borwein方法的梯度下降法計算出初始狀態的信息；

S3：計算k時刻目標函數關于的θ偏導數；

計算出當前時刻各相發射線圈電流的給定值，并執行電流控制，待電流穩定后，根據采樣的直流電壓和直流電流獲得k時刻的輸入功率再計算出k時刻目標函數關于θ的偏導數

S4：計算k時刻目標函數關于的偏導數；