摘要：阵列式无线电能传输系统的负载精确定位，能够实现高效的功率传输。如何精确、稳定、低成本地实现负载的定位，成为研究的关键问题。南京理工大学无线电能传输课题组根据预设的定位精度，对系统区域进行划分，并动态优化各区域的最佳参考点，提出了一种基于自适应区域划分的平面阵列

阅读提示：本文约 2200 字

研究背景

无线电能传输技术通过提供一种灵活且安全的替代方案，已广泛应用于交通、医疗和军事等领域，具有巨大的应用潜力。尽管无线电能传输技术消除了传统电缆的束缚，但在实际应用中，接收线圈位置的偏移往往会导致传输性能下降，影响系统稳定性。

论文所解决的问题及意义

在无线电能传输系统中，基于定位传感器和检测线圈的负载定位方式，往往会对电磁兼容性、分布式电源供电以及系统成本带来挑战。通过仅采集发射侧电流来实现负载定位的方法，避免了对接收线圈侧信号的传递需求，消除了发射侧与接收侧之间的通信，从而减少了额外的设备和系统复杂度。

论文方法及创新点

1、接收线圈定位基本原理

图1 阵列线圈简化解耦模型

阵列式无线电能传输系统中，接收线圈位于4个发射线圈上方两个任意位置，当接收线圈中心点分别位于Op和Oq位置时，4个发射线圈的电流有效值分别为：Ip = {Ip1, Ip2, Ip3, Ip4}和Iq = {Iq1, Iq2, Iq3, Iq4}。通过欧几里得距离来描述接收线圈中心点从Op移动到Oq时发射线圈电流的变化。该方法在待定位区域内确定一个参考点，并通过比较接收线圈在待定位点与参考点处电流的相似度，计算出待定位点的坐标。

2、基于自适应区域划分的定位算法

图2 定位算法流程图

定位算法的核心在于确定区域内的最佳参考点及相应的区域边界。如果在某区域内无法找到满足定位精度要求的最佳参考点，则需要对该区域进行细化。从区域的左上角开始，逐步缩小区域边界，直到精确定位为止。通过发射阵列电流与接收线圈坐标的拟合关系，确定接收线圈所在的区域及最佳参考点，并计算参考点处的发射阵列电流。根据电流变化量，计算接收线圈与参考点之间的坐标变化量，最终精确计算出接收线圈的实际位置。

3、仿真与实验验证

图3 仿真模型与实验平台

在329mm×329mm的平面区域内，随机选取10个点位，应用定位算法计算待定位点的坐标。仿真结果的平均定位误差为4.96mm，实验结果的平均误差为9.98mm。

结论

本文提出了一种基于自适应区域划分的阵列式无线电能传输系统接收线圈定位策略。该策略仅需采集发射线圈电流，避免了额外设备和接收侧的通信。通过对目标区域进行自适应划分，确定各区域的最佳参考点，结合电流变化量计算接收线圈的实际位置。

实验结果表明，随机选取的10个点位的平均定位误差为9.98mm，满足设定的定位精度，可以实现负载的精准定位。该方法具有高精度、低成本的优势，展现了在各种无线电能传输应用场景中的巨大潜力，推动了无线电能传输技术的进步。

团队介绍

南京理工大学无线电能传输课题组致力于作战装备无线供电系统研发、智能输变电技术研究、电磁环境评估与优化等领域。团队负责人闻枫副研究员，现为电气工程系副书记，研究生导师。主持国家自然科学基金项目1项、江苏省自然科学基金2项、中国博士后科学基金2项、江苏省博士后科研资助计划和江苏省教育科学“十四五”规划重点课题等20余项课题。团队参与建成了世界首条“三合一”电子公路，荣获教育部技术发明奖二等奖。团队已发表SCI/EI收录论文40余篇，申请并授权发明专利40余项，获得全国博士后创新创业大赛优胜奖、中国研究生电子设计竞赛全国一等奖、“互联网+”全国银奖、“挑战杯”全国二等奖等多个奖项。

闻枫

副研究员，硕士生导师，研究方向为无线电能传输、智能输变电技术

王磊

硕士研究生，研究方向为无线电能传输系统耦合机构优化

张翔

硕士研究生，研究方向为无线电能传输系统负载定位技术

本工作成果发表在2024年第24期《电工技术学报》，论文标题为“阵列式无线电能传输系统自适应区域划分定位策略“。本课题得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和中国博士后科学基金项目的支持。

引用本文

闻枫, 王磊, 张翔, 谭林林, 方鑫. 阵列式无线电能传输系统自适应区域划分定位策略[J]. 电工技术学报, 2024, 39(24): 7674-7687. Wen Feng, Wang Lei, Zhang Xiang, Tan Linlin, Fang Xin. Adaptive Region Division Positioning Strategy for Array-Based Wireless Power Transfer System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(24): 7674-7687.

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来源：11不吃香菜a