[发明专利]一种基于磁谐振的MIMO磁安全充电方法

说明书

一种基于磁谐振的MIMO磁安全充电方法，所述该方法由N个TXs端和Q个RXs端组成，相互之间通过MRC‑WPT系统控制，所述该控制系统通过如下步骤控制：步骤1：为充电线圈建立足够简单且精确的磁场分布模型；步骤2：对系统磁安全约束进行离散化；步骤3：在磁安全约束下，对系统充电效率优化问题进行求解，本发明针对常见的充电线圈，创新地提出了一套基于磁力线划分的足够简单且精确的建模方法，使得MIMO MRC‑WPT系统中的磁安全问题找到了突破口，为后续的相关研究工作打下了基础。

技术领域

本发明设计基于磁谐振的MIMO磁安全充电方法，属于无线充电技术领域。

背景技术

近年来，基于磁场媒介的短距离无线充电技术(Wireless Power Transmission)已经被广泛应用于不同场景，为移动终端设备、传感器网络以及电动汽车等等提供无线能量传输。其中，基于磁谐振耦合(Magnetic Resonant Coupling)的实现方式较基于电感耦合(Inductive Coupling，或称磁耦合)的实现方式有着更高的效率和更长的充电距离。而随着多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output)被引入，这一优势又被大大加强。因此，基于磁谐振的MIMO无线充电技术在工业界和学术界引起了广泛的关注。

但是，长久以来存在于磁谐振充电系统中的磁辐射(ElectromagneticRadiation)安全问题一直没有得到根本性的解决。加之MIMO技术的引入，其波束汇聚的特点使得在接受端设备形成的磁辐射更大。例如，早前提出的MagneticMIMO[1]和MultiSpot[2]系统已经被通过实验[3]证实会违反国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的磁辐射安全标准[4]。因此，为了实现系统充电性能与人体健康之间的更好权衡，对考虑磁安全限制的充电性能优化算法的研究是十分重要且有意义的。

目前国际上已有一些相关研究工作，其在进行系统充电性能优化的同时，考虑了磁安全限制。但是，这些研究工作或是只考虑了十分简单的场景[5][6]，其结论不具有普适性和扩展性，或是属于射频(Radio Frequency)充电领域[7][8]，其结论对我们的工作虽有着一定的指导意义，但却不能直接应用于磁谐振充电领域。

我们在此方案中借鉴了以往磁谐振充电系统中的设计经验，并在进行系统充电性能优化的同时，首次考虑了系统的磁安全限制。即，在多输入多输出环境中，保证系统空间范围内任意一点的磁场强度不高于国际上制定的安全阈值，并且实现系统发射端到接收端的总能量传输最大化。

发明内容

本发明的目的是为了在磁安全限制下对MIMO磁谐振充电系统实现最大化能量传输，通过提取整个系统充电可达空间中有效的离散化磁安全约束，以及求解在磁安全约束下的充电性能优化问题来达到这一要求，本发明可采取下述技术方案：一种基于磁谐振的MIMO磁安全充电方法，其特征在于所述该方法由N个TXs端和Q个RXs端组成，相互之间通过MRC-WPT系统控制，所述该控制系统通过如下步骤控制：

步骤1：为充电线圈建立足够简单且精确的磁场分布模型；

步骤2：对系统磁安全约束进行离散化；

步骤3：在磁安全约束下，对系统充电效率优化问题进行求解。

作为优选：所述该步骤算法包括电路公式和磁场公式，其中

电路公式为：

通过应用基尔霍夫定律，系统电流和电压公式的矩阵形式。

在公式(1)-(5)中，其中的符号含义如下：