[发明专利]三极平面型发射机构及其传输系统和电流矢量调制方法

说明书

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及了一种三极平面型发射机构及其传输系统和电流矢量调制方法，所述三极平面型发射机构由两个交叉的双极型线圈和一个圆形线圈组成，并且这三个线圈相互解耦，具备三维全方向电能传输能力，并且该发射机构是一种平面型结构，与平面型接收线圈组成耦合机构，不仅可大大降低耦合机构的维度，还实现了三维全方向无线传能。所述传输系统和电流矢量调制方法，设计了一种根据接收线圈的偏移角度自动计算第一线圈、第二线圈和第三线圈的移相角的规则，使得在平面型接收线圈处于任意角度偏移下，电能均向接收线圈所在的方向流动，以保证较高的电能传输效率。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种三极平面型发射机构、一种三极平面型发射机构的传输系统和一种三极平面型发射机构的电流矢量调制方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)是一种可以使电能从电源端以非接触的方式传递到负载端的一种新兴技术。由于其安全性和灵活性，该技术已广泛用于消费类电子产品、电动汽车和水下机器人等领域。对于手机或平板电脑无线充电，传统的WPT系统中的磁耦合机构由单个发射线圈和单个接收线圈组成。当发射线圈和接收线圈之间出现角度偏移时，耦合系数将减小，从而导致系统的输出功率和效率急剧下降，甚至导致系统无法工作。这种现象将会制约WPT技术在消费电子产品中的推广应用。

为解决上述问题，全方向WPT系统应运而生。全方向WPT系统较于传统的WPT系统具有良好的位姿鲁棒性，可以提升无线传能的自由度。在全方向WPT系统中，由发射机构及接收机构组成的电磁耦合机构是实现全方向无线传能的关键部分。目前的全方向WPT系统，其电磁耦合机构有的采用立方体发射机构，有的采用带有圆柱形发射线圈，有的采用带有两个正交发射线圈。这些发射机构都是三维结构，但只能实现二维全方向无线传能。

为实现三维全方向无线传能，大多研究人员采用具有三维正交结构的发射机构及接收机构，比如具有多线圈结构的无线充电碗，正四面体接收线圈，以提升传能自由度。但是这些发射机构或者接收机构都具有三维结构，将会增加发射侧或接收侧的安装体积。为缩小体积，进一步出现了采用交叉偶极线圈作为发射机构及接收机构的全方向WPT系统，以及采用由两个接收线圈组成的平面型接收机构。在这些全方向WPT系统中的发射机构及接收机构都是平面型结构，较于三维结构，将会极大降低安装体积。但由于这些平面型的发射机构不具备三维全方向发射能力，因此接收机构需要多个线圈才能实现三维全方向无线传能。但多接收线圈通常需要连接到多个谐振补偿网络以及多个整流器，这将会增加接收侧的复杂度以及重量。而在消费电子产品的无线充电应用领域，考虑到接收机构重量的限制，通常只允许使用一个接收线圈。

发明内容

本发明提供一种三极平面型发射机构及其传输系统和电流矢量调制方法，解决的技术问题在于：如何在耦合机构维度较小时，实现三维全方向无线传能。

为解决以上技术问题，本发明首先提供一种三极平面型发射机构，由位于同一平面的第一线圈、第二线圈及第三线圈组成，所述第一线圈和所述第二线圈均为“8”字形结构的双极型线圈，所述第三线圈为圆形结构的单极型线圈；所述第一线圈和所述第二线圈相互交叉并放置在所述第三线圈的内部。

优选的，所述第一线圈和所述第二线圈结构相同，且两者相互垂直交叉。

基于该三极平面型发射机构，本发明还提供一种三极平面型发射机构的传输系统，其耦合机构的发射端即为该三极平面型发射机构，接收端为用于与所述三极平面型发射机构耦合的平面型接收线圈。