一种保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全的方法

本发明涉及无线能量传输，尤其涉及一种保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全的方法。

背景技术：

1、近年来，随着物联网设备数量的急剧增加促进了无线能量传输(wireless powertransfer，wpt)技术的快速发展。然而，电磁辐射(electromagnetic radiation，emr)安全一直是wpt技术应用中固有的关键问题。人们在享受wpt技术带来的极大便利的同时，对长期接触电磁辐射可能对健康造成潜在危害的担忧也日益增加。

2、目前，较多采用的无线充电技术主要包括电磁感应式、射频式和磁谐振式三种实现方式。其中，电磁感应式wpt系统的有效充电范围仅有毫米级，几乎不会对用户造成emr危害。而相应的射频式及磁谐振式无线充电系统则分别可以为距离数米和数十厘米的设备进行充电。因此，现有的emr安全相关研究工作主要集中在针对射频式及磁谐振式无线充电系统的方向上。

3、当下射频式wpt系统的emr安全问题已经得到了深入的研究。现有工作在不同场景下进行emr安全保障并最大化系统充电性能，如进行发射器位置优化、发射器打开/关闭状态调度、发射器功率调整、无线充电任务调度等。

4、相比之下，emr安全问题尚未在mrc-wpt((magnetic resonance-coupledwireless power transfer，磁耦合谐振式无线能量传输)系统中得到很好地研究。

5、目前，在无线充电系统的多输入多输出场景工作模式下也考虑了emr安全性的问题。在现有的多输入多输出场景的emr安全实现方案中，其不仅能够最大限度地提高系统能量传输效率(power transfer efficiency，pte)，同时还能够保障整个三维有效充电空间内的emr安全。但相应的技术方案仍有两方面的不足：

6、(1)其并不是一个普适的技术方案，即推导出的emr模型作为研究基础，仅适用于盘绕圆形谐振线圈；

7、(2)在电压受限的实际充电系统中，接收端并不能获得预期的能量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全的方法，以保障电磁辐射强度不超过安全阈值并有效提升系统负载获能，解决现有技术存在的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全的方法，包括：

4、将整个相关空间的总采样量均匀地分配到发射器tx和接收器rx包含的每个线圈；

5、根据每个线圈的emr分布特性，对其进行分层获得各tx和rx线圈的分层电磁辐射emr模型，还获得其相应的概率密度函数pdf；

6、根据获得的pdf将采样点分配到各个所述分层，并在各层内进行随机采样；

7、将各个tx和rx线圈的独立采样结果叠加，获得整个相关空间的约束离散化结果；

8、针对所述约束离散化结果，采用基于网格的多约束并行处理算法保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全。

9、所述在各层内进行随机采样包括：

10、将每个线圈的每层的emr强度视为采样点，根据其出现的概率进行基于直方图的pdf拟合处理,获得pdf曲线；

11、通过经典逆采样方法，基于拟合获得的pdf曲线将采样点分配到各个线圈的各层，并在各层内进行均匀随机采样。

12、所述获得整个相关空间的约束离散化结果的过程包括：

13、在所述每个线圈的局部坐标下完成重要性采样，并将采样点的位置从局部坐标转换为无线充电系统的全局坐标；

14、根据各采样点的全局坐标确定每个采样点对应一条emr安全约束。

15、所述将采样点的位置从局部坐标转换为无线充电系统的全局坐标的过程包括：

16、对于tx线圈对应的采样点的位置，可根据已知的tx线圈的位置确定其全局坐标；

17、对于rx线圈对应的采样点的位置，则需要rx反馈其位置，并根据反馈的位置完成其采样点的空间坐标位置转换，确定其全局坐标。

18、在执行所述基于网格的多约束并行处理算法之前，该方法还包括冗余约束过滤过程，该过程包括：

19、最大化过滤规则，是指当某位置的最大emr值小于给定的阈值，则去除该约束；

20、和/或，

21、相似过滤规则，是指将一个约束与其相邻范围内的其他约束进行比较，当每个线圈在两个约束上产生的emr在预定误差范围内相同，则将相邻范围内的emr安全约束去除；

22、和/或，

23、覆盖过滤规则，是指比较可行电压下任意两个约束条件的emr强度，当第一位置的emr强度总是大于第二位置的emr强度，则将第二位置的约束去除。

24、所述基于网格的多约束并行处理算法包括：

25、(1)对线圈的电压幅值约束区域进行预定粒度的网格划分，确定划分获得的每个网格的顶点，及所述顶点的最大pdl；

26、(2)判断所有所述顶点是否完全落在一个emr安全约束所限制的区域内，并根据判断结果获得合法区域边界的网格；

27、(3)判断所述合法区域边界的任一个网格的所有顶点的最大pdl是否小于或等于预定的最大pdl值，如果是，则去除所述合法区域边界的该网格，否则，保留该网格；直至所述合法区域边界的所有网格处理完毕后，获保留的所述合法区域边界的网格；

28、(4)根据emr安全约束，判断所述保留的合法区域边界的网格针对所述emr安全约束是否合法，若合法，则淘汰该emr安全约束，否则，保留该emr安全约束；

29、(5)根据线圈的电压幅值约束的电压调整粒度由大到小依次调整所述网格划分的网格粒度大小，并执行所述步骤(1)，直至当网格粒度大小达到电压调整的最小精度时，所述算法终止。

30、在所述网格粒度大小达到电压调整的最小精度后，该方法还包括：

31、计算所有剩余网格的所有顶点的最大pdl，并利用所述最大pdl值更新所述预定的最大pdl值。

32、所述步骤(2)中，获得合法区域边界的网格的处理包括：

33、将所述网格划分为安全约束区域外部网格、安全约束区域内部网格和安全约束区域边界网格，并去除所述安全约束区域外部网格和安全约束区域内部网格，获得合法区域边界的网格。

34、所述步骤(3)中的预定的最大pdl值的确定方式包括

35、获得所述安全约束区域内部网格的所有顶点的最大pdl值，并将该最大pdl值作为所述预定的最大pdl值。

36、与现有技术相比，本发明所提供一种保障磁谐振无线充电系统电磁辐射安全的方法，其可以在保证mrc-wpt系统可充电空间范围内任意位置的电磁辐射强度不超过安全阈值的同时，有效提升系统负载获能。具体地，本发明引入多重重要性采样的概念，提出了通用普适的连续物理空间emr安全约束表示方式；并通过基于网格的多约束并行处理算法高效地解决了对保障电磁辐射安全的mrc-wpt系统性能进行优化的问题。