一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法

fitting 工具箱对电流i1、i2、i3和i4与y轴坐标值的曲线进行拟合，得到电流i与y轴的函数关系， 再推导出该函数的导数函数，从而近似计算出纵坐标变化引起的电流变化i(y+δy)，故求得 区域a
ij
中参考点o
ij
到待检测点os处纵坐标变化引起的电流变化通过两点电流变化 和两点电流欧几里德距离得到参考点o
ij
到待检测点os处纵坐标变化和横坐标变化 13.不同区域各发射线圈电流差异较大，为保证较高的定位精度，划分出不同的定位区域， 并在每个区域内寻参考点；所需要的定位精度δdm决定了定位区域的个数、定位区域的大 小和区域内的定位参考点。
14.优选的，平面式阵列线圈精准定位方法为：
15.步骤1、确定系统所需要的定位精度δdm，并根据所确定的定位精度初步粗略划分m
×
n 个定位区域，区域a
ij
表示划分的区域中第i行第j列的区域；
16.步骤2、在不同的区域内寻最佳参考点，区域a
ij
中左上角点的坐标为(xi,yj)，步长为 l，x轴方向长度为l1，y轴方向长度为l2，其中l1和l2为步长l的倍数，按照步长得到区域 内的所有参考点；针对所有的参考点，提出(m+n)个约束条件来进行参考点的寻优，从而筛选 出最佳参考点。
17.步骤3、通过参考点的寻优过程对定位区域a
ij
进行修正，即动态调整l1和l2的长度，对 约束条件结果可能出现的六种情况进行排列组合，共得到9种区域修正结果；
18.步骤4、结果步骤3的区域修正结果，返回步骤2对下一区域继续进行参考点寻优，
19.重复步骤2到步骤4的过程，直到得到满足定位精度的所有定位区域及区域内的最佳参 考点。
20.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
21.本发明提供了一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，优化了电动汽车接 收线圈与发射线圈相对位置的定位问题，减少了由于接收线圈与发射线圈的位置变化将影响 无线电能传输过程中的传输功率的波动，进而提高了无线充电的稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方 式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本 发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的为基于区域划分的平面式阵列线圈精准定位策略流程图；
24.图2是本发明提供的无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构的结构图；
25.图3是本发明提供的无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构对应的等效 电路图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
27.参见图1、图2和图3，本发明提供的一种无线电能传输系统接收线圈定位方法，包括： 无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构、定位点坐标具体计算方法以及平面 式阵列线圈精准定位方法；
28.无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构，包括：发射线圈为堆叠放置， 放置位置为发射线圈的交叉耦合系数最小，发射线圈的各参数相同，包括：电源的频率、幅 值、内阻；发射线圈的内阻、互感及补偿电容；接收线圈放置位置为发射线圈的上方；
29.可选的，在一些实施例中，发射线圈由四个方形线圈堆叠放置，并且放置位置可达使得 线圈交叉耦合系数最小，四个发射线圈为堆叠放置，通过合理放置发射线圈位置可以使得交 叉耦合系数最小，接收线圈距离四个发射线圈具有一定高度。
30.在本实施例中，对四个发射线圈以及一个接收线圈分别列写kvl方程，如下：
[0031][0032]
式中，u1、u2、u3、u4为四个发射线圈的供电交流电压源，四个交流电压源的频率相同， i1、i2、i3、i4分别为四个发射的回路电流，i5是接收线圈回路的电流，r
s1
、r
s2
、r
s3
、r
s4
分 别为四个电压源的内阻，r1、r2、r3、r4、r5分别是第一个发射线圈、第二个发射线圈、第 三个发射线圈、第四个发射线圈和接收线圈的内阻，l1、l2、l3、l4、l5分别是第一个发射 线圈、第二个发射线圈、第三个发射线圈、第四个发射线圈和接收线圈的电感，c1、c2、c3、 c4、c5分别是第一个发射线圈、第二个发射线圈、第三个发射线圈、第四个发射线圈和接收 线圈的补偿电容，m
15
、m
25
、m
35
、m
45
分别第一个发射线圈和接收线圈、第二个发射线圈和 接收线圈、第三个发射线圈和接收线圈、第四个发射线圈和接收线圈的互感，m
12
、m
13
、m
14
、 m
23
、m
24
、m
34
分别为第一个发射线圈与第二个发射线圈、第一个发射线圈与第三个发射线 圈、第一个发射线圈与第四个发射线圈、第二个发射线圈与第三个发射线圈、第二个发射线 圈与第四个发射线圈、第三个发射线圈与第四个发射线圈的交叉耦合互感，r
load
为接收线圈 回路的负载。
[0033]
在合理放置四个发射线圈后，发射线圈间的交叉耦合互感在理论分析中可以忽略不计， 即m
12
＝m
13
＝m
14
＝m
23
＝m
24
＝m
34
＝0。此外，各发射线圈元件参数，结构功能完全相同， 即r
s1
＝r
s2
＝r
s3
＝r
s4
＝rs,各发射线圈内阻和接收线圈内阻近似相等，即 r1＝r2＝r3＝r4＝r5＝r0，公式(1)可简化为
[0034][0035]
令
[0036][0037]
此时，公式(2)可简化为
[0038][0039]
可得到接收线圈回路电流i5的表达式为：
[0040][0041]
可得到四个发射线圈的回路电流表达式为：
[0042][0043]
从式(5)可以看出，各发射线圈电流与接收线圈间互感有对应关系，在平面式阵列
发射线圈wpt系统中，当接收线圈空间位置发生变化时，各发射线圈与接收线圈间的互感m
15
、m
25
、m
35
、m
45
必会发生变化，即各发射线圈的电流i1、i2、i3、i4与接收线圈的中心坐标(x,y)有对应关系。
[0044]
定位点坐标具体计算方法，包括：
[0045]
不同x坐标值下y轴坐标值与电流值i的变化曲线是不同的，可以观察到电流i1、i2、i3和i4随x轴坐标值变化的曲线在不同y轴坐标值时的变化规律，通过matlab中的curvefitting工具箱对电流i1、i2、i3和i4与y轴坐标值的曲线进行拟合，可得到电流i与y轴的函数关系，再推导出该函数的导数函数，从而近似计算出纵坐标变化引起的电流变化i(y+δy)，故可求得区域a
ij
中参考点o
ij
到待检测点os处纵坐标变化引起的电流变化通过两点电流变化和两点电流欧几里德距离得到可得参考点o
ij
到待检测点os处纵坐标变化和横坐标变化
[0046]
平面式阵列线圈精准定位方法，包括：
[0047]
参见图1，作为本发明提供的一种无线电能传输系统接收线圈定位方法具体实施方式，平面式阵列线圈精准定位方法的具体流程为：
[0048]
步骤1、确定系统所需要的定位精度δdm，并根据所确定的定位精度初步粗略划分m
×
n个定位区域，区域a
ij
表示划分的区域中第i行第j列的区域；
[0049]
步骤2、在不同的区域内寻最佳参考点，区域a
ij
中左上角点的坐标为(xi,yj)，步长为l，x轴方向长度为l1，y轴方向长度为l2，其中l1和l2为步长l的倍数，按照步长得到区域内的所有参考点；针对所有的参考点，提出(m+n)个约束条件来进行参考点的寻优，筛选出最佳参考点。
[0050]
步骤3、通过参考点的寻优过程对定位区域a
ij
进行修正，即动态调整l1和l2的长度，对约束条件结果可能出现的六种情况进行排列组合，共得到9种区域修正结果；
[0051]
步骤4、结合步骤3的区域修正结果，返回步骤2对下一区域继续进行参考点寻优，
[0052]
步骤5、重复步骤2到步骤4的过程，直到得到满足定位精度的所有定位区域及区域内的最佳参考点。
[0053]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，其特征在于，包括：无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构、发射线圈精度定位方法以及系统所需要的定位精度δd
m
方法；所述无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构包括发射线圈，所述发射线圈为堆叠放置，放置位置为发射线圈的交叉耦合系数最小，所述发射线圈的参数包括：电源的频率、幅值、内阻、发射线圈的内阻、互感及补偿电容，且参数均相同；所述接收线圈放置位置为发射线圈的上方；发射线圈定位点坐标计算模型：当接收线圈中心点位于o
p
点时，此时四个发射线圈电流为i
p
＝{i
p1
，i
p2
，i
p3
，i
p4
}，当接收线圈中心点位于o
q
点时，此时四个发射线圈电流为i
q
＝{i
q1
，i
q2
，i
q3
，i
q4
}；在聚类中，可以将样本集合看作是向量空间中的点的集合，以该空间的距离表示样本之间的相似度。2.如权利要求1所述的一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，其特征在于，为了描述接收线圈中心点从p点到q点的电流变化，取两个点的电流的欧几里德距离，记δ
p-＞q
,其表达式为:当δ
p-＞q
＝0时，即必须满足i
p1
＝i
q1
，i
p2
＝i
q2
，i
p3
＝i
q3
，i
p4
＝i
q4
，说明p点和q点重合；若存在两个或以上的点{q，q1，...，q
n
}，使得δ
p-＞q
＝δ
p-＞q1
＝
···
＝δ
p-＞qn
时，选择其中定位误差最小的点。3.如权利要求1所述的一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，其特征在于，在定位区域中确定一个参考点，并将该参考点的坐标信息和对应的四个发射线圈电流信息建立到一个数据库中；在实际定位的过程中，将待定位点的四个发射线圈电流信息与参考点进行比较，并根据参考点的坐标信息，计算出待定位点的坐标。4.如权利要求1所述的一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，其特征在于，定位点坐标的具体计算方法为：不同x坐标值下y轴坐标值与电流值i的变化曲线是不同的，观察到电流i1、i2、i3和i4随x轴坐标值变化的曲线在不同y轴坐标值时的变化规律，通过matlab中的curve fitting工具箱对电流i1、i2、i3和i4与y轴坐标值的曲线进行拟合，得到电流i与y轴的函数关系，再推导出该函数的导数函数，从而近似计算出纵坐标变化引起的电流变化i(y+δy)，故求得区域a
ij
中参考点o
ij
到待检测点o
s
处纵坐标变化引起的电流变化通过两点电流变化和两点电流欧几里德距离得到参考点o
ij
到待检测点o
s
处纵坐标变化和横坐标变化不同区域各发射线圈电流差异较大，为保证较高的定位精度，划分出不同的定位区域，并在每个区域内寻参考点；所需要的定位精度δd
m
决定了定位区域的个数、定位区域的大小和区域内的定位参考点。5.如权利要求1所述的一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，其特征在于，平面式阵列线圈精准定位方法为：步骤1、确定系统所需要的定位精度δd
m
，并根据所确定的定位精度初步粗略划分m
×
n个定位区域，区域a
ij
表示划分的区域中第i行第j列的区域；步骤2、在不同的区域内寻最佳参考点，区域a
ij
中左上角点的坐标为(x
i
,y
j
)，步长为
l，x轴方向长度为l1，y轴方向长度为l2，其中l1和l2为步长l的倍数，按照步长得到区域内的所有参考点；针对所有的参考点，提出(m+n)个约束条件进行参考点寻优，从而筛选出最佳参考点；步骤3、通过参考点的寻优过程对定位区域a
ij
进行修正，即动态调整l1和l2的长度，对约束条件结果可能出现的六种情况进行排列组合，共得到9种区域修正结果；步骤4、结合步骤3的区域修正结果，返回步骤2对下一区域继续进行参考点寻优，步骤5、重复步骤2到步骤4的过程，直到得到满足定位精度的所有定位区域及区域内的最佳参考点。

技术总结

本发明公开了一种无线电能传输系统平面式阵列线圈精准定位方法，属于无线电能传输领域，包括：无线电能传输平面式阵列发射线圈及接收线圈耦合机构、发射线圈精度定位方法以及系统所需要的定位精度Δd

技术研发人员：

闻枫 刘嘉明 李强 张翔 张大上 马建行 王磊 尧智军 梁硕 陈泽 张润茂 张硕麟 张轩赫

受保护的技术使用者：

南京理工大学

技术研发日：

2022.07.12

技术公布日：

2022/11/22