具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种无线充电的控制方法。图1为本发明实施例提供的一种无线充电的控制方法的流程图。图2为本发明实施例提供的一种应用场景示意图。该无线充电的控制方法可基于本发明实施例提供的无线充电发射装置实现。该无线充电的控制方法可由本发明实施例提供的无线充电发射装置的控制模块执行，该控制模块可以由软件和/或硬件的方式实现。该无线充电的控制方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

其中，待无线充电设备60可包括手持设备、可移动终端等，例如可以是手机、平板电脑，以及手表、耳机等可穿戴设备。待无线充电设备60可为一个或多个。多个待无线充电设备60可包括多个形状、尺寸、空间位置与姿态不同的待无线充电设备。平面发射线圈阵列10可形成磁场，以向待无线充电设备60中的接收线圈61发射能量。接收线圈61所在位置的磁场方向与接收线圈61所在平面越接近于垂直，越有利于提高接收的功率和充电效率。待无线充电设备60受自身结构，以及用户的使用或摆放位置随意等原因，会导致待无线充电设备的位置和姿态多样，例如手表可平放在平面发射线圈阵列上，手表的接收线圈所在平面平行于平面发射线圈阵列；耳机可竖直摆放在平面发射线圈阵列上，耳机的接收线圈所在平面垂直于平面发射线圈阵列；平板电脑可倾斜摆放在平面发射线圈阵列上，平板电脑的接收线圈所在平面与平面发射线圈阵列呈一定夹角；用户手持并操作手机，故手机悬空放置于平面发射线圈阵列上方，且手机中的接收线圈位置和姿态的变化在空间中可达六自由度。

待无线充电设备60中的接收线圈61的位置和姿态的获取方式可与现有技术中待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态的获取方式相同或类似。示例性的，可通过图像采集单元获取待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

步骤120、根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，确定输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位。

其中，平面发射线圈阵列10可包括多个呈阵列排布的发射线圈11。各发射线圈11的电流可单独控制，可通过控制逆变器向平面发射线圈阵列中的各发射线圈输入的电流的相位，以形成所需磁场的强度、方向和分布，即形成所需磁场形状。输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流幅值可相等，为恒定值。输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的频率可相等，为恒定值。可实时监测待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，实时调整输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位，以形成优化的磁场形状，使接收线圈所在位置的磁场方向与接收线圈所在平面越接近于垂直，且接收线圈所在位置的磁通较大，接收线圈外侧的磁通较低，以提高待无线充电设备的接收功率和充电效率。

相比于正交或发射线圈间带有角度立体发射线圈结构，平面发射线圈阵列占用空间小，易于小型化轻量化，扩展性强，解决了正交立体线圈的结构占用空间体积较大、接收装置摆放受限、线圈阵列扩展性弱、磁场成形自由度低；无线电能传输空间自由度低、装置不易小型化、无法平面化等问题。

本实施例的技术方案中，获取待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态；根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，确定输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位，以提高平面发射线圈阵列对各种位置和姿态下的待无线充电设备的充电效率和接收功率，以使待无线充电设备的摆放位置不受限制，可随意摆放，且平面发射线圈阵列占用空间小，易于小型化轻量化，扩展性强。

本发明实施例提供又一种无线充电的控制方法。图3为本发明实施例提供的又一种无线充电的控制方法的流程图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态的确定方法，相应的，本实施例的方法包括：

步骤210、使平面发射线圈阵列分时形成三种方向的单一方向磁场，其中，三种方向中的任意两种方向互相垂直。

其中，可通过输入对应的电流至平面发射线圈阵列10中的各发射线圈11，以使平面发射线圈阵列分时形成三种方向的单一方向匀强磁场。示例性的，三种方向分别为第一方向Z、第二方向X和第三方向Y。可选的，三种方向中的一种方向垂直于平面发射线圈阵列。示例性的，第一方向Z垂直于平面发射线圈阵列。图4为本发明实施例提供的一种平面发射线圈阵列形成第一方向的单一方向磁场的示意图。图5为本发明实施例提供的一种平面发射线圈阵列形成第二方向的单一方向磁场的示意图。图6为本发明实施例提供的一种平面发射线圈阵列形成第三方向的单一方向磁场的示意图。结合图4至图6所示，依次形成三种方向的单一方向磁场。

步骤220、根据平面发射线圈阵列形成各种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

其中，结合图4至图6所示，依次获取各种单一方向磁场作用下，输入至各发射线圈的功率。待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态可包括接收线圈的各点的坐标，接收线圈的尺寸、形状、数量，接收线圈所在平面与XY平面的夹角，接收线圈所在平面与XZ平面的夹角，接收线圈所在平面与YZ平面的夹角，接收线圈沿方向Z在XY平面的投影的面积、尺寸、坐标、形状接收线圈沿方向Y在XZ平面的投影的面积、尺寸、坐标、形状，接收线圈沿方向X在YZ平面的投影的面积、尺寸、坐标、形状等中一种或多种。

若形成一种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率远大于形成另两种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，则接收线圈所在平面越接近垂直于该一种单一方向磁场的方向。

示例性的，图7为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于第一方向时的示意图，在第一方向Z的单一方向磁场作用下时，若通过检测发现输入至平面发射线圈阵列中以位于第i₁行第j₁列的发射线圈11-1为中心的区域101内的多个发射线圈(未示出)的功率较高，例如高于预设阈值，且在第二方向X和第三方向Y的单一方向磁场作用下，输入至各发射线圈的功率均很低，例如低于预设阈值，说明该区域101上方有接近垂直于Z轴方向的接收线圈。

示例性的，图8为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于第二方向时的示意图，在第二方向X的单一方向磁场作用下时，若通过检测发现输入至平面发射线圈阵列中以位于第i₂行第j₂列的发射线圈11-2为中心的区域102内的多个发射线圈(未示出)的功率较高，例如高于预设阈值，且在第一方向Z和第三方向Y的单一方向磁场作用下，输入至各发射线圈的功率均很低，例如低于预设阈值，说明该区域102上方有接近垂直于X轴方向的接收线圈。

示例性的，图9为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于第三方向时的示意图，在第三方向Y的单一方向磁场作用下时，若通过检测发现输入至平面发射线圈阵列中以位于第i₃行第j₃列的发射线圈11-3为中心的区域103内的多个发射线圈(未示出)的功率较高，例如高于预设阈值，且在第一方向Z和第二方向X的单一方向磁场作用下，输入至各发射线圈的功率均很低，例如低于预设阈值，说明该区域103上方有接近垂直于X轴方向的接收线圈。

可选的，图10是对图3中步骤220进行细化的方法流程图，根据平面发射线圈阵列形成各种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态包括：

步骤221、针对三种方向的每种方向，根据平面发射线圈阵列在形成每种单一方向磁场时输入功率高于预设阈值的发射线圈的数量、位置和尺寸，确定待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积，其中，待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积为待无线充电设备中的接收线圈沿该方向在其余两个方向所形成的平面上的投影的面积。

示例性的，如图4所示，在第一方向Z的单一方向磁场作用下时，根据输入功率高于预设阈值的发射线圈的数量、位置和尺寸，确定待无线充电设备中的接收线圈接收第一方向Z磁场的有效面积S1(即接收线圈沿方向Z在XY平面上的投影的面积)，以及接收线圈沿方向Z在XY平面上的投影的位置，由于磁力线的发散效果，区域101的面积略大于接收线圈沿方向Z在XY平面上的投影的面积。如图5所示，在第二方向X的单一方向磁场作用下时，根据输入功率高于预设阈值的发射线圈的数量、位置和尺寸，确定待无线充电设备中的接收线圈接收第二方向X磁场的有效面积S2(即接收线圈沿方向X在YZ平面上的投影的面积)，由于磁力线的发散效果，区域102的面积略大于接收线圈沿方向X在YZ平面上的投影的面积。如图6所示，在第三方向Y的单一方向磁场作用下时，根据输入功率高于预设阈值的发射线圈的数量、位置和尺寸，确定待无线充电设备中的接收线圈接收第三方向Y磁场的有效面积S3，即接收线圈沿方向Y在XZ平面上的投影的面积，由于磁力线的发散效果，区域103的面积略大于接收线圈沿方向Y在XZ平面上的投影的面积。

步骤222、通过比较平面发射线圈阵列形成不同的单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈与三种方向中的任意两种方向所形成的平面的夹角。

其中，若形成两种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率远大于形成另一种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，例如形成两种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率与形成另一种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率的差值均大于预设差值，则接收线圈所在平面越接近垂直于该两种单一方向磁场对应的两种方向所形成的平面；可根据形成该两种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率的比值，确定接收线圈所在平面与另外两个平面的夹角，该另外两个平面为该两种单一方向磁场对应的两种方向分别与另一种单一方向磁场对应的方向形成的两个平面。

示例性的，图11为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于YZ平面时平面发射线圈阵列形成第一方向的单一方向磁场的示意图，图12为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于YZ平面时平面发射线圈阵列形成第三方向的单一方向磁场的示意图，图13为本发明实施例提供的一种接收线圈所在平面垂直于YZ平面时平面发射线圈阵列形成第二方向的单一方向磁场的示意图，示例性的，若在第一方向Z和第三方向Y的单一方向磁场分别作用下(如图11和图12所示)，输入至发射线圈的功率均较高且数值接近，例如高于第二预设阈值，且在第二方向X的单一方向磁场作用下(如图13所示)输入至发射线圈的功率很低，例如低于第三预设阈值(第三预设阈值远小于第二预设阈值)，则第二方向X与接收线圈所在平面接近于平行，接收线圈所在平面与XY平面的夹角和接收线圈所在平面与XZ平面的夹角均接近45°；若在第三方向Y的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率高于在第一方向Z的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与XZ平面的夹角小于45°，而接收线圈所在平面与XY平面的夹角大于45°；若在第三方向Y的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率低于在第一方向Z的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与XZ平面的夹角大于45°，而接收线圈所在平面与XY平面的夹角小于45°；并且具体的角度信息可由第一方向Z和第三方向Y两类单一方向磁场作用下的输入至发射线圈的功率比来确定。

示例性的，若在第一方向Z和第二方向X的单一方向磁场分别作用下，输入至发射线圈的功率均较高且数值接近，例如高于第二预设阈值，且在第三方向Y的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率很低，例如低于第三预设阈值，则第三方向Y与接收线圈所在平面接近于平行，接收线圈所在平面与XY平面的夹角和接收线圈所在平面与YZ平面的夹角均接近45°；若在第二方向X的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率高于在第一方向Z的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与YZ平面的夹角小于45°，而接收线圈所在平面与XY平面的夹角大于45°；若在第二方向X的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率低于在第一方向Z的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与YZ平面的夹角大于45°，而接收线圈所在平面与XY平面的夹角小于45°并且具体的角度信息可由第一方向Z和第三方向Y两类单一方向磁场作用下的输入至发射线圈的功率比来确定。

示例性的，若在第二方向X和第三方向Y的单一方向磁场分别作用下输入至发射线圈的功率均较高且数值接近，例如高于第二预设阈值，且在第一方向Z的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率很低，例如低于第三预设阈值，则第一方向Z与接收线圈所在平面接近于平行，接收线圈所在平面与YZ平面的夹角和接收线圈所在平面与XZ平面的夹角均接近45°；若在第三方向Y的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率高于在第二方向X的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与XZ平面的夹角小于45°，而接收线圈所在平面与YZ平面的夹角大于45°；若在第三方向Y的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率低于在第二方向X的单一方向磁场作用下输入至发射线圈的功率，则接收线圈所在平面与XZ平面的夹角大于45°，而接收线圈所在平面与YZ平面的夹角小于45°；并且具体的角度信息可由第二方向X和第三方向Y两类单一方向磁场作用下的输入至发射线圈的功率比来确定。

步骤223、根据待无线充电设备中的接收线圈接收三种方向种的各种方向磁场的有效面积，以及待无线充电设备中的接收线圈与三种方向中的任意两种方向所形成的平面的夹角，确定待无线充电设备中的接收线圈在三维空间中的坐标。

其中，通过待无线充电设备中的接收线圈接收三种方向种的各种方向磁场的有效面积，以及待无线充电设备中的接收线圈与三种方向中的任意两种方向所形成的平面的夹角，定位待无线充电设备中的接收线圈的位置、尺寸、形状、中心坐标等各种参数。可根据需要计算得到所需参数，本发明实施例对此不作限定。

步骤230、根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，确定输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位。

与现有技术不同，本实施例不仅可以通过预设磁场与各个逆变器向发射线圈输入的功率，来判断多个待无线充电设备的空间位置，而且可以判断待无线充电设备的复杂空间姿态(与XY平面，YZ平面，XZ平面的角度等)，即能够精确检测出接收线圈在空间中的位置与角度信息，进而根据接收线圈的数量、形状、位置、姿态，控制平面发射线圈阵列合成最优化的磁场形状与分布。

本发明实施例提供又一种无线充电的控制方法。图14为本发明实施例提供的又一种无线充电的控制方法的流程图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了各发射线圈的电流的相位的确定方法，相应的，本实施例的方法包括：

步骤310、获取待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

步骤320、根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，获取在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收的三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，其中，三种方向中的任意两种方向互相垂直。

其中，待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态不同，待无线充电设备中的接收线圈接收的三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系不同。示例性的，三种方向分别为第一方向Z、第二方向X和第三方向Y。可选的，三种方向中的一种方向垂直于平面发射线圈阵列。示例性的，第一方向Z垂直于平面发射线圈阵列。

可通过查阅资料、公式推导等方式，获取在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在任意位置和姿态下接收的三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，进而将待无线充电设备中的接收线圈的当前位置和姿态相关参数代入，即可得在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收的三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

图15为本发明实施例提供的一种平面发射线圈阵列的结构示意图，示例性的，以平面发射线圈阵列为2行2列为例，在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下，接收线圈接收的第一方向的功率分量Pz＝f₁(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄)，接收线圈接收的第二方向的功率分量Px＝f₂(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄)，接收线圈接收的第三方向的功率分量Py＝f₃(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄)，其中，θ₁，θ₂，θ₃，θ₄输入至4个发射线圈的电流的相位，I₁，I₂，I₃和I₄输入至4个发射线圈的电流的幅值，输入至4个发射线圈的电流的瞬时值分别为i₁＝I₁cos(wt+θ₁)，i₂＝I₂cos(wt+θ₂)，i₃＝I₃cos(wt+θ₃)，i₄＝I₄cos(wt+θ₄)，其中，w为角频率。

步骤330、基于在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，通过优化算法，确定输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位。

其中，可通过遗传算法、求取最大值等优化算法，得到k₁Pz+k₂Px+k₃Py为最大时，各发射线圈的电流的相位的一种组合，使优化平面发射线圈阵列形成的磁场分布和形状，提高充电效率和功率。其中，k₁、k₂和k₃为加权系数，k₁+k₂+k₃＝1，可根据需要设置加权系数的大小，本发明实施例对此不作限定。示例性的，k₁、k₂和k₃可均为1/3。加权系数越大，对应的功率分量越大。在需要对应的方向的功率分量较大时，可增大对应的加权系数，在需要对应的方向的功率分量较小时，可减小对应的加权系数，例如手机所在平面垂直于平面发射线圈阵列时，k₁可为0。可根据接收线圈所在平面与三种方向形成的三种平面(XY平面、YZ平面和XZ平面)的夹角，确定对应的加权系数。针对三种方向形成的三种平面的每种平面，接收线圈所在平面与该平面的夹角越大，与该平面垂直的方向的功率分量对应的加权系数越小。

本实施例的技术方案可以计算出不同磁场成形控制下(不同控制变量值下)在不同空间位置上的任意面积的接收线圈可接收功率分布，这样就可以通过上述功率分布和检测到的接收线圈位置，选取使在当前接收线圈位置下使负载功率和效率最高的最优控制变量参数，实现将空间磁场聚集在接收线圈所在空间位置的磁场成形控制，实现系统在不同充电应用场景下，根据接收线圈空间位置姿态，动态调整磁场分布的效果，通过磁场成形计算与控制，可以优化发射端产生的磁场分布以及形状，优化系统的效率和功率。

本发明实施例提供又一种无线充电的控制方法。图16为本发明实施例提供的又一种无线充电的控制方法的流程图。在上述实施例的基础上，该方法包括：

步骤410、使平面发射线圈阵列分时形成三种方向的单一方向磁场，其中，三种方向中的任意两种方向互相垂直。

步骤420、根据平面发射线圈阵列形成各种单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

步骤430、针对三种方向的每种方向，根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，获取在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

其中，可通过毕奥-萨伐尔定律、欧姆定律和法拉第电磁感应定律等，推导出在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在任意位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，进而将待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态的相关参数代入，可得在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

示例性的，如图15所示，以平面发射线圈阵列为2行2列为例，四个线圈均为正方形线圈，每个线圈边长(2n)与匝数(N_tx)均相同。O为坐标原点，可以是平面发射线圈阵列的中心。线圈微元到空间观测点A(x,y,z)之间的空间向量为r，线圈微元中的电流元为Idl。根据毕奥-萨伐尔定律，流过余弦电流i₀的任意形状线圈在空间中某点产生的磁感应强度向量B₀可以表示为：

通过公式1中的环路积分，可得每个发射线圈在X方向上产生的磁感应强度分量。其中，u₀为真空磁导率，I₀为电流幅值，N_tx为线圈匝数。平面发射线圈阵列在接收线圈处产生的磁感应强度向量B可分解为XYZ三个方向上的分量：

B＝B_xi+B_yj+B_zf (公式2)

公式2为任意一个发射线圈在X方向上产生的磁感应强度分量，其中，i，j，f分别为XYZ三个方向上的单位向量。上述四个发射线圈对XYZ三个方向上磁感应强度分量分别为：

其中，和分别为图14中四个发射线圈在X方向上产生的磁感应强度分量，分别为图14中四个发射线圈在Y方向上产生的磁感应强度分量，分别为图14中四个发射线圈在Z方向上产生的磁感应强度分量，示例性的，通过毕奥-萨伐尔定律，得到：

其中，(x,y,z)为观测点A的位置坐标，k表示相邻线圈间距的一半(出于分析的简洁性，假定k均取0)。同理可得，每个线圈在Y方向上产生磁场感应强度分量的表达式，以及每个线圈在Z方向上产生磁场感应强度分量的表达式，此处不再赘述。方形线圈的四条边，能产生X方向和Y方向上磁场的边都是两条，能产生Z方向上磁场的边是四条，所以Z方向上积分的结果也更为复杂。示例性的，以为例：

其中，和的大括号中的部分，只与观测点位置、线圈边长和间距有关，与时间无关。将待无线充电设备中的接收线圈在当前位置坐标(可以是接收线圈的中心的坐标)等代入公式3，公式4，公式5(相当于将接收线圈的中心的坐标作为观测点A对的坐标)，可得在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

步骤440、针对三种方向的每种方向，根据在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，以及待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积，确定在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

其中，待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积为待无线充电设备中的接收线圈沿该方向在其余两个方向所形成的平面上的投影的面积。

其中，平面发射线圈阵列在空间中任一位置XYZ三个方向上的磁场分量均与各发射线圈电流的幅值与相位关联。对于无线电能传输，一般更为关注不同位置的可获取功率差异。可根据法拉第电磁感应定律，推导出磁场成形后在不同空间位置上的接收线圈可接收功率分布。假设接收线圈完全谐振，由欧姆定律和法拉第电磁感应定律可知以下关系：

其中，p(t)表示接收线圈获取的瞬时功率，v(t)表示接收线圈上的瞬时感应电压，R表示接收线圈的负载，Ф(t)和B(t)分别表示磁通量和磁感应强度的瞬时值。

根据公式3和公式6，可得与X方向垂直，YZ平面上有效面积为S(相当于接收线圈沿方向X在YZ平面的投影的面积)的接收线圈的可接收功率(合理假设接收线圈内磁感应强度均一分布)与发射线圈中的电流相位的关系：

其中，T为余弦电流周期，N_rx为接收线圈匝数，h_xi(i＝1,…,4)为公式3微分后合并的各常数项。同理，可得到在空间为上产生需要的磁场分布时，与Y方向和Z方向垂直平面(即XZ与XY平面)上的可接收功率Py和Pz与发射线圈中的电流相位(等同于发射线圈的逆变器驱动信号的相位)的关系。

步骤450、基于在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，通过优化算法，确定输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位。

本实施例的技术方案可通过毕奥-萨伐尔定律，得到流过高频电流i的任意形状线圈在空间中某点产生的磁感应强度向量的表达式；进而可以得到某个发射单元线圈在空间中XYZ方向上的产生磁场感应强度分量的表达式；进而根据法拉第电磁感应定律，推导出磁场成形后在不同空间位置上的任意面积的接收线圈可接收功率分布计算式，进而得到在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收三种方向中的每种方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系。

本发明实施例通过对三维空间中磁场的强度、方向、分布进行实时控制，即磁场成形，并根据不同充电应用场景(如变化的被充电负载数量，负载位置与姿态)，实时控制平面发射线圈阵列产生的合成磁场形状(包括磁场强度、方向，分布)，以保证系统在不同充电应用场景下以及多负载位置与姿态动态变化下，都获得优化的充电效率与功率。

本发明实施例提供一种无线充电发射装置。图17为本发明实施例提供的一种无线充电发射装置的电路连接示意图。该无线充电发射装置包括：平面发射线圈阵列10、与发射线圈11一一对应设置的逆变器20和控制模块30。

其中，逆变器20的输出端与对应的发射线圈11电连接；控制模块20与逆变器20电连接；控制模块30用于获取待无线充电设备60中的接收线圈61的位置和姿态；根据待无线充电设备60中的接收线圈61的位置和姿态，确定各逆变器20向对应的发射线圈11输入的电流的相位。

本发明实施例提供的无线充电发射装置的控制模块可执行上述实施例中的无线充电的控制方法，因此本发明实施例提供的无线充电发射装置也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

可选的，在上述实施例的基础上，图18为本发明实施例提供的又一种无线充电发射装置的电路连接示意图，无线充电发射装置还包括：与发射线圈一一对应设置的功率获取模块40，功率获取模块40用于在平面发射线圈阵列10形成单一方向磁场时，获取逆变器20向对应的发射线圈11输入的功率。

控制模块30与功率获取模块40电连接；控制模块30用于控制逆变器向平面发射线圈阵列输入的电流，使整个平面发射线圈阵列分时形成三种方向的单一方向磁场，其中，三种方向中的任意两种方向互相垂直；根据平面发射线圈阵列形成各种单一方向磁场时各逆变器向对应的发射线圈输入的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态。

其中，逆变器的直流输入端可以电源电连接。功率获取模块40可与逆变器的直流输入端电连接。功率获取模块40可通过获取逆变器30的直流输入端输入的电流和电压，来计算逆变器向对应的发射线圈输入的功率。功率获取模块40可与逆变器的交流输出端电连接。功率获取模块40还可通过获取逆变器30的交流输出端输出的电流和电压，来计算逆变器向对应的发射线圈输入的功率。

可选的，在上述实施例的基础上，控制模块30用于针对三种方向的每种方向，根据平面发射线圈阵列在形成每种单一方向磁场时输入功率高于预设阈值的发射线圈的数量、位置和尺寸，确定待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积，其中，待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积为待无线充电设备中的接收线圈沿该方向在其余两个方向所形成的平面上的投影的面积；通过比较平面发射线圈阵列形成不同的单一方向磁场时输入至各发射线圈的功率，确定待无线充电设备中的接收线圈与三种方向中的任意两种方向所形成的平面的夹角；根据待无线充电设备中的接收线圈接收三种方向种的各种方向磁场的有效面积，以及待无线充电设备中的接收线圈与三种方向中的任意两种方向所形成的平面的夹角，确定待无线充电设备中的接收线圈在三维空间中的坐标。

可选的，在上述实施例的基础上，控制模块30用于根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，获取在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收的三种方向中的每种方向的功率分量与各逆变器向对应的发射线圈输入的电流的相位的关系；基于在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收三种方向中的每种方向的功率分量与各逆变器向对应的发射线圈输入的电流的相位的关系，通过优化算法，确定各逆变器向对应的发射线圈输入的电流的相位，其中，三种方向中的任意两种方向互相垂直。

可选的，在上述实施例的基础上，控制模块30用于针对三种方向的每种方向，根据待无线充电设备中的接收线圈的位置和姿态，获取在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系；针对三种方向的每种方向，根据在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的磁感应强度分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，以及待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积，确定在平面发射线圈阵列的待形成磁场的作用下，待无线充电设备中的接收线圈在当前位置和姿态下接收该方向的功率分量与输入至平面发射线圈阵列中的各发射线圈的电流的相位的关系，其中，待无线充电设备中的接收线圈接收该方向磁场的有效面积为待无线充电设备中的接收线圈沿该方向在其余两个方向所形成的平面上的投影的面积。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图18，无线充电发射装置还可包括阻抗变换电路50，逆变器20的输出端经阻抗变换电路50与对应的发射线圈11电连接。阻抗变换网络50用于保证发射线圈间交叉耦合等复杂负载情形下逆变器的稳定工作。

可选的，在上述实施例的基础上，图19为本发明实施例提供的又一种平面发射线圈阵列的结构示意图，平面发射线圈阵列10中，每一行发射线圈中相邻的两个发射线圈11交叠，与同一发射线圈相邻的两个发射线圈11间隔设置；每一列发射线圈中相邻的两个发射线圈11交叠，与同一发射线圈相邻的两个发射线圈11间隔设置；对角相邻的发射线圈11交叠。

可选的，发射线圈的平均交叉耦合系数k_avg为0，其中，发射线圈的平均交叉耦合系数平面发射线圈阵列为M行N列，M和N均为大于或等于2的整数，k₁为沿行方向或列方向相邻的两个发射线圈的耦合系数，k₂为对角相邻的两个发射线圈的耦合系数。

其中，行方向可平行于X方向。列方向可平行于Y方向。每一行发射线圈中相邻的两个发射线圈11交叠距离d等于每一列发射线圈中相邻的两个发射线圈11交叠距离d。

通过定义M行N列平面发射线圈阵列之间的平均耦合，来计算需要补偿线圈阵列间交叉耦合需要的线圈重合度，可以精确补偿发射线圈与其相邻所有线圈间的复杂耦合，由于采用平均耦合计算该方法可用于包含两大类交叉耦合情况下的线圈阵列的复杂交叉耦合，可用于包含不同数量发射单元的发射阵列，并且适用于任何形状的对称结构的线圈阵列。

可选的，发射线圈呈中心对称图形。发射线圈的形状可包括正方形、长方形或圆形。

其中，图20为沿行方向或列方向相邻的两个发射线圈的耦合系数随交叠距离变化的曲线示意图。图21为对角相邻的两个发射线圈的耦合系数随交叠距离变化的曲线示意图。图22为平均交叉耦合系数随交叠距离变化的曲线示意图。横轴表示交叠距离，纵轴表示k₁、k₂和k_avg中至少一个。由图19和图20可知，沿行方向或列方向相邻的两个发射线圈的耦合系数k₁为0时的交叠距离d不等于对角相邻的两个发射线圈的耦合系数k₂为0时的交叠距离d。通过使平均交叉耦合k_avg为0或接近0时，就可实现大规模平面发射线圈阵列的交叉耦合解耦，无需对单个发射线圈与其相邻的多个发射线圈间的交叉耦合进行复杂的分析与计算，简化了补偿计算的过程，适合大规模平面发射线圈阵列使用。其中，交叉耦合系数k₁和k₂与线圈间的互感有关，M₁为沿行方向或列方向相邻的两个发射线圈的互感。M₂为对角相邻的两个发射线圈的互感。为沿行方向或列方向水平相邻的两个发射线圈的互感最大值，即当两个发射线圈完全重叠时的互感值。为对角相邻的两个发射线圈的互感最大值,即当两个发射线圈完全重叠时的互感值。相邻发射线圈间互感M₁，M₂可以用对应发射线圈的磁链和电流来表示：

其中，Ф_i，j是位于第i行j列的发射线圈的磁链，Ф_i，j-1是位于第i行第j-1列的发射线圈的磁链，Ф_i，j+1是位于第i行第j+1列的发射线圈的磁链，Ф_i-1，j是位于第i-1行第j列的发射线圈的磁链，Ф_i+1，j是位于第i+1行第j列的发射线圈的磁链，Ф_i-1，j-1是位于第i-1行第j-1列的发射线圈的磁链，Ф_i+1，j-1是位于第i+1行第j-1列的发射线圈的磁链，Ф_i-1，j+1是位于第i-1行第j+1列的发射线圈的磁链，Ф_i+1，j+1是位于第i+1行第j+1列的发射线圈的磁链，它由线圈圈数N_tx，线圈边长l，以及线圈间距d决定。Ф_i，j+1可以表示为：

B_z|_i,j是第i行第j列的发射线圈在Z方向上的磁通密度，而第i行第j列的发射线圈的总磁通密度可以表示为：

其中，

其中，和分别为XYZ方向上的单位向量。A_i，j、B_i，j、C_i，j和D_i，j分别为第i行j列的矩形发射线圈的四个顶点位置，为第i行j列的矩形发射线圈的电流幅值，θ_i，j为第i行j列的矩形发射线圈的电流的相位，w为为第i行j列的矩形发射线圈的电流的角频率，从位于第i行第j列的发射线圈上的积分点P_i，j到接收线圈的点P的向量，r_i，j为向量的模，也就是两点之间的距离，x_i，j、y_i，j、z_i，j为位于第i行第j列的发射线圈上的积分点坐标，是中间变量后续积分会被积掉。

临近线圈间的重合度d决定了平面发射线圈阵列中发射线圈的总磁通密度B，而磁通密度又决定了平面发射线圈阵列中发射线圈的总磁链Ф，而磁链又决定了相邻发射线圈间的互感以及互感系数k₁和k₂，因此通过一个d参数的设计就可以通过上述公式计算实现平面发射线圈阵列的平均耦合接近0，即完成一个大规模阵列线圈间交叉耦合的补偿。

如图20、图21和图22所示，可以看出完全补偿k₁和k₂的需要的发射线圈交叠参数d并不相同，因此在磁场成形无线充电系统，简单的通过交叠来补偿交叉耦合，无法达到同时补偿两类交叉耦合的效果，本实施例的技术方案的平均交叉耦合的补偿设计，可以实现对于大规模线圈阵列两类交叉耦合同时进行补偿的效果。

图23为本发明实施例提供的一种优化的磁场分布示意图。图23示例性的画出一个待无线充电设备60的情况，该待无线充电设备的接收线圈61为圆形。图24为本发明实施例提供的又一种优化的磁场分布示意图。图24示例性的画出两个待无线充电设备60的情况，其中一个待无线充电设备的接收线圈61为矩形，另一个待无线充电设备的接收线圈61为圆形。图25为本发明实施例提供的又一种优化的磁场分布示意图。图25示例性的画出四个待无线充电设备的情况，四个待无线充电设备中的接收线圈61为圆形。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。