[发明专利]无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法及装置

说明书

本发明涉及一种无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法，包括：确定多个发射线圈阵列的最优结构，在发射线圈侧与接收线圈侧应用串联‑串联谐振耦合；设计每个发射线圈的电流的幅值与相位的分配策略，分配每个发射线圈的电流的幅值与相位，以使多个发射线圈产生的磁场波束汇聚到接收线圈。本发明通过确定多个发射线圈阵列的最优结构，将多个发射线圈产生的磁场波束汇聚到接收线圈，能够最大限度的提高能量传输效率，以达到提高无线充电传输距离的目标，能够克服现有技术中无线电能传输系统存在传输距离近以及接收设备位置固定的缺陷。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其是指一种无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法及装置。

背景技术

近年来，无线电能传输技术渗透到人们生活的方方面面，该技术基于法拉第电磁感应定律通过电感耦合传输能量，一般无线电能传输系统包括一个发射线圈和一个接收线圈，给发射线圈通入一个高频交流电，该交流电在发射线圈周围产生交变的磁场，变化的磁场在接收线圈产生交变电流，通过整流电路将交流电变为直流，进而传输到负载，从而实现了能量的传输。有些无线充电系统在发射线圈与接收线圈间处加入铁氧体用于聚磁，提高传输能力。但是，目前的无线电能传输系统多为高度定向传输，传输距离很近，一般为10mm以内，且随着距离的增加快速下降，且需要发射端与接收端紧密对齐。因此现有技术的无线电能传输系统存在传输距离近以及接收设备位置固定的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无线电能传输系统存在传输距离近以及接收设备位置固定的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法，包括：

确定多个发射线圈阵列的最优结构，在所述发射线圈侧与接收线圈侧应用串联-串联谐振耦合；

设计每个发射线圈的电流的幅值与相位的分配策略，分配每个发射线圈的电流的幅值与相位，以使多个发射线圈产生的磁场波束汇聚到接收线圈。

在本发明的一个实施例中，所述确定多个发射线圈阵列的最优结构的方法包括：

将多个发射线圈的圆心按照等边三角形排列，形成磁感应强度为0的抵消平面；

调整发射线圈之间的距离，对比发射线圈之间互感的变化，在发射线圈之间的互感最小时，即获得多个发射线圈阵列的最优结构。

在本发明的一个实施例中，多个发射线圈的数量为三个，三个发射线圈的圆心按照等边三角形排列。

在本发明的一个实施例中，每个发射线圈均为平面螺旋型线圈。

在本发明的一个实施例中，每个发射线圈均由多极环构成。

在本发明的一个实施例中，每个发射线圈均连接稳定的电源，以使传输频率等于谐振频率。

在本发明的一个实施例中，设计每个发射线圈的电流的幅值与相位的分配策略的方法包括：

对多个发射线圈进行建模，得到发射线圈模型；

根据所述发射线圈模型设计每个发射线圈的电流的幅值与相位的分配策略。

在本发明的一个实施例中，运用凸优化与拉格朗日对偶理论，对发射线圈的个数、电感、谐振电容及寄生电阻参数进行建模，得到发射线圈模型。

在本发明的一个实施例中，所述分配策略包括分配每个发射线圈的电流的幅值与相位，使得每个发射线圈的最佳电流幅值与其发射线圈与接收线圈之间的互感成正比，且发射线圈的相位保持相同。

此外，本发明还提供一种无线电能传输装置，该装置采用上述的无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法设计得到。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：