[发明专利]无线充电系统及其波束形成控制方法、多元无线充电系统

权利要求书

1.一种无线充电系统及其波束形成控制方法，其特征在于:步骤1、位于互感估计子系统中的12V电压源和DC/AC变换器产生频率为f_m的交流驱动电压V_E；

步骤2、逆变产生的交流电驱动互感估计接收子线圈产生交变电磁场并与发射子线圈产生耦合，即从电池组获取电能并进行调压逆变后为互感估计接收子线圈提供与之谐振频率相同的交流电压V_E；此时，互感估计接收子线圈受到电压V_E的激发在周围空间形成交变电磁场；

步骤3、互感估计发射子线圈在电磁场中产生感应电动势V_mi，同时该电动势被安装在线圈上的电压检测探头所获得并传入计算机，即利用基尔霍夫电学方程对两线圈中的电学信息进行联立求解，即可得到每个发射线圈与接收线圈的互感，即利用方程组

计算出所有互感估计发射子线圈与接收子线圈之间的互感矩阵M_m2；由于互感估计接收子线圈中的交流驱动电压V_E受AC/DC调压变换器控制逆变得来，因此V_E为已知量；互感估计发射子线圈的感应电动势由电压检测探头测得，M_m1中包含着所有互感估计发射子线圈间的互感信息，为已知质量；I_E为互感估计接收子线圈上的电流值；R_mr为发射子线圈的内阻，R_ma为电压检测电阻矩阵；

互感估计子系统将计算出的互感矩阵M_m2传给无线充电子系统，计算机将互感M_m2代入(1)中，生成无线充电子系统发射子线圈的驱动电压矩阵稳定电能传输功率；波束形成控制法的表达式如下：

其中M₁＝M_m1、M₂＝M_m2，为无线充电子系统发射子线圈上的电流矩阵，R_L为无线充电子系统接收子线圈上的负载阻抗，R_r为该接收子线圈的内阻，可忽略；

该方法由两个多输入/单输出的子系统组成，即互感估计子系统和无线充电子系统，两个子系统均由数目一致的发射线圈和一个接收线圈组成，两个子系统的结构相似但谐振频率互不相同，互感估计子系统能够仅利用发射线圈上的电压值就能够准确计算出在任意相对位置下发射线圈与接收线圈间的互感；无线充电子系统的功能是利用估计出的互感并结合所述的波束形成控制方法为移动中的电动车提供稳定的电能。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统及其波束形成控制方法，其特征在于:矩阵元素为：

3.根据权利要求1所述的无线充电系统及其波束形成控制方法，其特征在于矩阵元素如下：

计算控制无线充电发射子线圈上的DC/AC变换器产生驱动电压开始为接收端充电。

4.一种多元无线充电系统，其特征在于：包括两个多输入、单输出的子系统组成，即互感估计子系统和无线充电子系统；

两个子系统均由数目一致的发射线圈和一个接收线圈组成，但谐振频率互不相同；

互感估计子系统利用发射线圈上的电压值计算出在任意相对位置下发射线圈与接收线圈间的互感；

无线充电子系统利用估计出的互感并结合根据权利要求1-3任一所述的波束形成控制方法为移动中的电动车提供电能。

5.根据权利要求4所述的多元无线充电系统，其特征在于：互感估计子系统由n个互感估计发射子线圈和一个互感估计接收子线圈组成；其工作频率设为f_m；互感估计接收子线圈由一个12V电压源和一个DC/AC变换器驱动产生频率为f_m的交变电磁场；每个互感估计发射子线圈上都装有一个电压检测电阻和一个电压检测探头，电压检测探头检测到电压检测电阻上产生的感应电压值，并计算出发射子线圈和接收子线圈间的互感；检测探头的电压采样周期为T。