宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法及系统

本发明属于无线电能传输与移动装备自主供电，尤其涉及宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法及系统。

背景技术：

1、动态无线供电技术能够在移动负载运行过程中实现非接触式能量补给，具有供电灵活、路径适应性强和易于模块化扩展等优点，已逐渐应用于移动机器人、agv、智能仓储及巡检装备等自主移动设备。为扩大供电范围并适应多路径运动需求，现有研究逐步由传统单路径或分段式供电结构发展为宽域供电阵列结构，通过多个发射激励单元在二维平面内组合运行，实现移动负载在更大区域内的连续取能。该类宽域无线供电系统通常通过在横向和纵向方向上布置多个发射激励单元形成二维供电区域，使移动负载能够在更大范围和更多路径下实现非接触式取能，适用于多路径、多负载及随机运动场景下的自主供电需求。

2、目前，宽域无线供电系统的研究主要集中在多激励单元协同控制、供电阵列结构优化、激励单元间交叉耦合抑制以及外部泄漏磁场控制等方面。现有解耦方法多采用线圈重叠、自解耦绕组或特殊补偿结构削弱相邻激励单元之间的交叉耦合，但多数方法主要面向单一方向或固定运行模态，难以同时兼顾横向和斜向双激励运行工况，并可能引入较多杂散耦合通道，增加参数设计和控制匹配难度。

3、此外，宽域供电阵列在单激励、横向双激励及斜向双激励等不同运行模态下，外部泄漏磁场分布存在明显差异。现有漏磁抑制方法多针对单发射线圈或固定耦合机构设计，难以适应多激励单元组合运行下的漏磁分布变化，容易出现局部区域抑制不足或屏蔽结构影响传输性能的问题。

技术实现思路

1、本发明提供宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法及系统，用以解决现有技术中移动负载在宽区域、多路径取能过程中，不同激励单元间横向及斜向交叉耦合引起的输出功率波动问题以及多激励运行模态下供电阵列外部泄漏磁场分布不确定、传统屏蔽结构难以适配的缺陷，提升系统传输稳定性、路径适应性和电磁安全性。

2、本发明提供一种宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，包括以下步骤：

3、宽域无线供电耦合机构多激励单元全向解耦；

4、宽域无线供电耦合机构多激励运行漏磁的抑制；

5、建立有源屏蔽线圈与发射线圈之间的屏蔽-发射磁路耦合模型；

6、构建面向多激励运行漏磁抑制与多激励单元全向解耦协同的结构参数联合优化流程。

7、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述宽域无线供电耦合机构多激励单元全向解耦包括布置于供电阵列外侧并与主传能区域相隔离的解耦绕组，每个解耦绕组与对应发射线圈串联连接，当横向、纵向或斜向相邻激励单元同时运行时，相应解耦绕组之间产生正向解耦互感。

8、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述宽域无线供电耦合机构多激励单元全向解耦包括获取接收端在不同移动位置下横向交叉耦合互感和斜向交叉耦合互感的变化规律，并以二者平均值构建解耦目标因子；进而通过最小化解耦目标因子确定目标解耦互感值；以解耦绕组匝数、磁芯厚度及磁芯尺寸为优化变量，确定满足目标解耦互感要求的隔离型解耦绕组结构参数。

9、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述宽域无线供电耦合机构多激励单元全向解耦包括获取接收端在不同移动位置下横向交叉耦合互感和斜向交叉耦合互感的变化规律，并以二者平均值构建解耦目标因子；进而通过最小化解耦目标因子确定目标解耦互感值；以解耦绕组匝数、磁芯厚度及磁芯尺寸为优化变量，确定满足目标解耦互感要求的隔离型解耦绕组结构参数。

10、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述宽域无线供电耦合机构多激励运行漏磁的抑制包括基于有源屏蔽线圈串联接入后的系统电路拓扑，确定屏蔽线圈、发射线圈及隔离型解耦绕组之间的互感关系；根据未添加有源屏蔽线圈时供电阵列外部磁感应强度分布确定漏磁峰值区域，在横向、纵向及斜向延伸方向选取观察点；以有源屏蔽线圈内间距和匝数为优化变量，根据不同观察点处磁感应强度变化规律，确定l型屏蔽线圈和矩形屏蔽线圈的结构参数。

11、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述建立有源屏蔽线圈与发射线圈之间的屏蔽-发射磁路耦合模型包括以双激励运行模态下的空间磁通分布为基础，将耦合机构磁通划分为发射线圈主磁通、发射线圈侧漏磁通、屏蔽线圈主磁通及屏蔽线圈漏磁通；其中，观察区域内的总漏磁通包括发射线圈自漏磁分量、屏蔽线圈反向漏磁分量以及二者互耦合漏磁分量；分析观察区域内发射线圈自漏磁分量、屏蔽线圈反向漏磁分量及二者互耦合漏磁分量，确定屏蔽线圈内间距、宽度及漏磁阻对外部漏磁抑制效果的影响规律。

12、根据本发明提供的宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法，所述构建面向多激励运行漏磁抑制与多激励单元全向解耦协同的结构参数联合优化流程包括设定观察点磁感应强度限值、解耦目标因子限值、传输互感波动限值及系统效率阈值，扫描屏蔽线圈内间距、屏蔽线圈匝数、解耦绕组匝数及磁芯尺寸，分别计算不同参数组合下的观察点磁感应强度、横向及斜向交叉耦合互感、传输互感变化范围和系统传输效率；获得同时满足漏磁抑制、交叉耦合削弱、传输互感稳定及系统效率要求的最优参数组合。

13、本发明还提供一种宽域无线供电系统，包括：多激励发射线圈阵列、接收线圈、发射端补偿网络、接收端补偿网络、功率变换电路、隔离型解耦绕组以及有源屏蔽线圈；所述多激励发射线圈阵列由多个发射线圈单元在横向和纵向方向上扩展布置形成，用于构建宽域供电区域；所述接收线圈设置于移动负载侧，用于在不同移动路径下与被激活的发射线圈单元进行磁耦合取能；所述隔离型解耦绕组和有源屏蔽线圈分别用于实现多激励单元之间的交叉耦合抑制和供电阵列外部泄漏磁场削弱。

14、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法。

15、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述宽域无线供电多激励单元全向解耦及漏磁抑制方法。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：针对移动负载在宽区域、多路径取能过程中，多激励单元横向及斜向交叉耦合导致系统输出功率和传输效率波动，以及不同运行模态下供电阵列外部泄漏磁场分布变化、常规静态匹配式屏蔽结构适配性不足的问题，本发明设置与主传能区域相隔离的解耦绕组，并构建与阵列边界位置及激励运行模态相匹配的分组式有源屏蔽线圈。通过合理设计并选取解耦互感，实现对横向、纵向及斜向交叉耦合地均衡补偿，同时减少解耦绕组与发射线圈、接收线圈及屏蔽线圈之间的非必要杂散耦合；通过l型屏蔽线圈和矩形屏蔽线圈的分组配置及适配投入，能够针对阵列角部、横纵向边界及斜向外延区域的泄漏磁场实施定向削弱。由此，本发明能够在保持主传输互感、输出电压及传输效率相对稳定的条件下，实现单激励、相邻双激励及斜向双激励等多种运行模态下的交叉耦合抑制与外部漏磁协同控制，提高宽域动态无线供电系统的传能稳定性、运行适应性及电磁环境兼容性。