[0038] 下面结合本发明实例中的附图，对本发明实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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0039] 下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
[0040] 实施例1
[0041] 本发明提出的包含两个子系统的多输入/单输出无线充电系统及相应的波束形成控制方法，该系统由两个多输入/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(n个)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本文提出的波束形成控制方法为移动中的电动车提供稳定的电能。
[0042] 两个子系统具体结构为：
[0043] (1)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。该子系统的工作频率设为fm。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fm的交变电磁场。互感估计发射子线圈上都装有电压检测电阻和电压检测探头，电压检测探头可以检测到电压检测电阻上产生的感应电压值，并传输至计算机中计算出互感估计收/发子线圈间的互感。采样周期为T。
[0044] (2)无线充电子系统由n个无线充电发射子线圈和一个无线充电接收子线圈组成。该子系统的工作频率设为f。每个无线充电发射子线圈都接入一个DC/AC变换器，该变换器由计算机控制，可以为无线充电发射子线圈提供独立的交流驱动电压。在每个采样周期T中，计算机运用互感估计子系统计算出的互感并结合本文提出的波束形成控制方法，控制DC/AC变换器产生一定波形和相位的驱动电压，从而驱动无线充电发射子线圈为移动中的无线充电接收子线圈提供稳定的电能。
[0045] 如图1所示的线圈结构，互感估计子系统中的发射子线圈与接收子线圈间的互感大小等于无线充电系统中的发射子线圈与接收子线圈间的互感大小。
[0046] 更进一步，所述的两个子系统均为独立控制，独立工作；两个子系统的工作频率互不相同，且fm＝10f。两个子系统之间无电磁干扰。
[0047] 在无线充电子系统中，所述的每个发射子线圈的交流电压源均为独立控制，且每个电压源都可以产生任意幅值和相位的交流电。
[0048] 所述的波束形成控制方法得数学表达式为：
[0049]
[0050] 为驱动发射子线圈的最优驱动电压矩阵，M1、M2为发射子线圈之间及收/发子线圈之间的互感矩阵， 为发射子线圈上的电流矩阵，RL为无线充电子系统接收子线圈上的负载阻抗，Rr为该接收子线圈的内阻，可忽略。
[0051] 本发明提出的包含两个子系统的多输入/单输出无线充电系统及相应的波束形成控制方法，按照如下步骤进行：
[0052] 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fm的交流驱动电压VE。
[0053] 步骤2、逆变产生交流电激励互感估计接收子线圈产生交变电磁场并与发射线圈耦合，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VE；此时，互感估计接收子线圈受到电压VE的激发在周围空间形成交变电磁场；
[0054] 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′i，同时该电动势的大小被电压/电流检测探针所获得，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
[0055]
[0056] 可以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Mm2。由于互感估计接收子线圈中的交流电压VE受AC/DC调压变换器控制逆变得来，因此VE为已知量；互感估计发射子线圈的感应电动势 可以由电压检测探头测得，Mm1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。IE为互感估计接收子线圈上的电流值。Rmr为发射子线圈的内阻，Rma为电压检测电阻矩阵。矩阵元素如表格所示。
[0057]
[0058] 步骤4、互感估计子系统将计算出的互感矩阵Mm2传给无线充电子系统，计算机将互感Mm2代入波束形成控制方法中，生成无线充电子系统发射子线圈的驱动电压矩阵 以达到最优传输。波束形成控制法的表达式如下：
[0059]
[0060]
[0061] 其中M1＝Mm1、M2＝Mm2， 为无线充电子系统发射子线圈上的电流矩阵，RL为无线充电子系统接收子线圈上的负载阻抗，Rr为该接收子线圈的内阻，可忽略。矩阵元素如表格所示
[0062]
[0063] 步骤5、计算机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。
[0064] 对于电动车动态无线充电系统而言，系统必须能够随时通过收/发线圈间的互感调整发射线圈上的驱动电压，达到为行驶中的电动车提供功率稳定的电能。因此本发明通过两个子系统的协同工作，即互感估计子系统时刻计算收/发线圈间的互感，无线充电子系统则利用估计出的互感与本发明提出的波束形成控制法结合，计算出能实现稳定功率输出的发射线圈驱动电压。
[0065] 互感估计子线圈和无线充电子线圈的结构由图1所示，两个子线圈混合绕制在一起。且两个子线圈独立工作，具有不同的谐振频率，且属于不同的子电路。
[0066] 如图2所示，两个子系统具体结构为：
[0067] (1)互感估计子系统(图2中虚线电路所示)由n个互感估计发射子线圈(Txm)和一个互感估计接收子线圈(Rxm)组成。该子系统的工作频率设为fm＝1MHz。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fm的交变电磁场。互感估计发射子线圈上都装有电压检测电阻和电压检测探头，电压检测探头可以检测到电压检测电阻上产生的感应电压值，并传输至计算机中计算出互感估计收/发子线圈间的互感。采样周期为T。
[0068] (2)无线充电子系统(图2中实线电路所示)由n个无线充电发射子线圈(Tx)和一个无线充电接收子线圈(Rx)组成。该子系统的工作频率设为f＝84.6KHz。每个无线充电发射子线圈都接入一个DC/AC变换器，该变换器由计算机控制，可以为无线充电发射子线圈提供独立的交流驱动电压。在每个采样周期T中，计算机运用互感估计子系统计算出的互感并结合本文提出的波束形成控制方法，控制DC/AC变换器产生一定波形和相位的驱动电压，从而驱动无线充电发射子线圈为移动中的无线充电接收子线圈提供稳定的电能。
[0069] 如图3所示，将3个发射线圈(包含三个Txm和三个Tx)安装在同一个平面上，接收线圈(包含一个Rxm和一个Rx)平行于发射线圈且距离为14厘米。接收线圈可以在发射线圈上方5厘米处平行移动。图3为无线充电系统的实物图。
[0070] 动态无线充电的控制，按如下步骤进行：
[0071] 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fm＝1MHz的交流驱动电压VE。VE驱动互感估计接收子线圈(Rxm)在周围空间产生交变电磁场。
[0072] 步骤2、处于该磁场中的互感估计发射子线圈(Txm)受到电磁耦合的作用，产生感应电动势Vmi，同时该感应电动势会被线圈上安装的电压检测探针所获得。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
[0073]
[0074] 可以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Mm2。由于互感估计接收子线圈中的交流电压VE受AC/DC调压变换器控制逆变得来，因此VE为已知量；互感估计发射子线圈的感应电动势 可以由电压检测探头测得，Mm1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。IE为互感估计接收子线圈上的电流值。Rmr为发射子线圈的内阻，Rma为电压检测电阻矩阵。矩阵元素如表格所示。
[0075]
[0076] 图4为在互感估计过程中，当接收子线圈沿轴(y＝0m,z＝0.05m)运动时，三个互感估计发射子线圈(Txm1，Txm2，Txm3)上感应电动势的变化。
[0077] 步骤4、互感估计子系统将计算出的互感矩阵Mm2传给无线充电子系统，计算机将互感Mm2代入波束形成控制方法中，生成无线充电子系统发射子线圈的驱动电压矩阵 以达到最优传输。波束形成控制法的表达式如下：
[0078]
[0079]
[0080] 其中M1＝Mm1、M2＝Mm2， 为无线充电子系统发射子线圈上的电流矩阵，RL为无线充电子系统接收子线圈上的负载阻抗，Rr为该接收子线圈的内阻，可忽略。矩阵元素如表格所示
[0081]
[0082] 步骤5、计算机控制无线充电发射子线圈上的DC/AC变换器产生相应的驱动电压为接收端提供电压稳定的电能。图5为在无线充电过程中，无线充电接收子线圈(Rx)沿轴(y＝0m,z＝0.05m)运动时，在不同位置下接收到的功率大小。图中点线代表的是不使用波束形成控制法时，接收子线圈上接收到的功率变化图。对比可知，波束形成控制法可以使系统输出功率更加稳定的电能。
[0083] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
