[发明专利]一种鲁棒的无线能量传输方法

说明书

本发明公开了一种鲁棒的无线能量传输方法，包括如下步骤：提供N个发送线圈和1个接收线圈，初始时给发送线圈阵列中的每个发送线圈加载带有固定频率的交流信号；依次观测每个发送线圈上的电流，然后观测实际加载到发送线圈上的电压，每个发送线圈的观测实施多次；在考虑估计误差条件下，利用最小二乘得到发送线圈与接收线圈间互感的最小二乘估计值；推导接收线圈接收功率的下界，优化此下界，得到系统在最坏情况下的传输效率，并分析估计误差对接收功率的影响。本发明能提高系统在实际运用中的鲁棒性，使系统在满足发送端能量约束的前提下，最大化接收端的接收功率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种鲁棒的无线能量传输方法。

背景技术

自人类进入信息时代以来，电能作为主要的能源供应对人类的生产和生活贡献很大。但是，传统的电力传输设备主要采用金属导线，这种“有线”的传输电力方式存在许多问题。例如在插孔和插头处容易因摩擦或线路的老化引起电火花，极大地降低了供电的安全性和可靠性，严重影响设备的寿命周期。繁琐庞大的数据线及电力电缆等导线排布也会造成空间浪费并增加施工和维护的成本。在一些特殊的用电场合下，如煤矿、水下、医学等领域，传统的有线电力传输方式不能满足充电的需求，无线能量传输技术应运而生。无线充电技术的主要优势在于它的便捷性和通用性，通过采用无线充电技术，公共移动设备充电站将有可能成为现实。缺点在于无线充电的效率相对于有线充电来说有些偏低，但是，移动设备对低功耗的追求为无线充电技术提供了广阔前景。

现有的无线能量传输技术根据其物理机理可以分为三类：电感耦合，磁共振耦合和电磁辐射。电感耦合式的无线能量传输技术因其原理简单，易于实现已经成为最为普遍的应用技术，由于磁感效应随距离增加快速减弱，基于电感耦合的无线能量传输通常只能达到厘米级的充电距离。电磁辐射式无线能量传输技术虽然能够实现远距离的能量传输，但所需传输的能量功率非常高，这就对系统发射和接受设备装置要求非常严格，同时传播过程中也要求具有不可间断的可视方位，实施起来较为复杂,在传播过程中电磁能量也会有较大的损耗，从而造成这种传输方式效率较低。磁共振耦合无线能量传输技术可以实现米级的能量传输，但对线圈间的距离和对齐角度有严格要求。在采用磁波束成形的无线能量传输电路中，磁信道(由线圈间的互感系数决定)估计的精确程度在很大程度上影响了该技术的传输效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种鲁棒的无线能量传输方法，先利用部分发送线圈上的电压与电流估计发送线圈与接收线圈间的互感，考虑估计误差，推导出接收线圈上接收功率的下界，优化此下界，得到系统在最坏情况下的传输效率，提高系统在实际应用中的鲁棒性。

本发明采用的技术方案为一种鲁棒的无线能量传输方法，包括如下步骤：

(1)初始时给发送线圈阵列中的每个发送线圈加载带有固定频率的交流信号；

(2)依次观测每个发送线圈上的电流，然后观测实际加载到发送线圈上的电压，每个发送线圈的观测实施多次；

(3)在考虑估计误差条件下，利用最小二乘得到发送线圈与接收线圈间互感的最小二乘估计值。

(4)推导接收线圈接收功率的下界，优化此下界，得到系统在最坏情况下的传输效率，并分析估计误差对接收功率的影响。

进一步的，所述步骤(2)中，包括如下步骤：

不同时刻的发送线圈上的电流向量是正交的：每个时刻只有一个发送线圈闭合，观测的是发送线圈上的电流，发送线圈上的总电压，以及实际加载到发送线圈上的电压，所述实际加载到发送线圈上的电压指的是总电压减去电路中电阻上的分压，每个发送线圈的观测实施多次。

进一步的，所述步骤(3)中，发送线圈与接收线圈间的KVL(基尔霍夫定律)方程表述为：