三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法，所述方法通过梯度下降法确定系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；并根据虚拟等效电流的方向参数的取值，确定接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。本发明专利技术实施例提供的方法可以对接收装置的具体方位进行检测和自动追踪，在确定接收装置具体位置的同时实现无线电能的最大传输效率，并且不需要在发射装置和接收装置之间建立通信连接，避免了通信困难的环境下，因无法建立通信连接而不能有效实现无线电能传输。

【技术实现步骤摘要】
三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法
本专利技术实施例涉及无线电能传输
，更具体地，涉及三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法。
技术介绍
电能的出现改变了人们的生活方式并且已经成为人们生活中不可分割的一部分。虽然电能的普及为人们的生活带来极大便利，但是现有的供电方式也带来了诸多问题，比如日常生活中各种设备的电线和适配器等交织混杂，不仅影响美观也给使用上带来很多不便；水下应用和有爆炸危险中也存在很多安全问题。无线电能传输技术作为一种新型的电能传输技术由于其便捷、简单、安全的特性而受到越来越广泛的应用。与现有的有线电能传输技术相比较，无线电能传输能使人们摆脱电线的束缚，减少由于电线磨损、老化带来的潜在威胁，目前在电动汽车、医疗器械、移动电子设备等方面都有广泛的应用。已有的关于无线电能传输方面的研究多集中在单源单载无线电能传输系统，但是这种系统有其局限性，主要表现在为电能传输方向单一，能量接受的自由度不高，只有当发射装置和接收装置同轴摆放时才可能获得较大的传输效率。考虑到现有的用电产品大多具有便携性和可移动性，传统的单源单载(即单维)无线电能传输系统已经不能满足市场的需求。满足高空间自由度和动态无线充电的无线电能传输系统逐渐成为研究热点。为了突破单维无线电能传输系统的局限性，一些具有高空间自由度的无线电能传输系统已经被提出，其中对二维无线电能传输系统和三维无线电能传输系统的研究较为集中。传输效率是衡量一个无线电能传输系统性能的重要指标，为了达到最大传输效率这个目标，二维和三维无线电能传输系统主要是通过控制发射装置中的电流来控制空间中的磁场，并且可以根据不同的应用场合来对磁场进行定向和旋转，它们分别可以对平面和空间内任意一点传输电能。在三维无线电能传输系统中，针对可移动的接收装置，接收装置位置发生变化会导致发射装置与接收装置间的磁场耦合发生改变，发射装置所产生的原有合磁场方向将无法对移动的接收装置的现有方位实现最大功率传输，导致资源浪费。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法及设备。一方面，本专利技术实施例提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法，包括：S11，基于梯度下降法，确定三维无线电能传输系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；S12，根据所述虚拟等效电流的方向参数的取值，确定所述接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。另一方面，本专利技术还提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输设备，包括：取值确定模块和方位确定模块。其中，所述取值确定模块用于基于梯度下降法，确定三维无线电能传输系统中发射装置与所述接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；所述方位确定模块用于根据所述虚拟等效电流的方向参数的取值，确定所述接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。另一方面，本专利技术还提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于所述传输设备与显示装置的通信设备之间的信息传输；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述所述的方法。另一方面，本专利技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述所述的方法。本专利技术实施例提供的三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法及设备，所述方法通过梯度下降法确定三维无线电能传输系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；并根据虚拟等效电流的方向参数的取值，确定接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。本专利技术实施例提供的方法可以对接收装置的具体方位进行检测和自动追踪，在确定接收装置具体位置的同时实现无线电能的最大传输效率，并且不需要在发射装置和接收装置之间建立通信连接，避免了通信困难的环境下，因无法建立通信连接而不能有效实现无线电能传输。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法的流程示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输系统的结构示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输系统的等效电流结构示意图；图4为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输系统的等效电流的完整结构示意图；图5a为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输磁场定向系统中接收线圈的位置示意图；图5b为图5a中接收线圈移动位置前后各发射线圈内的电流变化示意图；图6a为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输磁场定向系统中接收线圈的位置示意图；图6b为图6a中接收线圈移动位置前后各发射线圈内的电流变化示意图；图7为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输设备的结构示意图；图8为本专利技术另一实施例提供的一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术一实施例提供了一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法，包括：S11，基于梯度下降法，确定三维无线电能传输系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；S12，根据所述虚拟等效电流的方向参数的取值，确定所述接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。具体地，三维无线电能传输系统中包括发射装置与接收装置，发射装置可将电能转化为电磁场能，隔空传输一段距离之后，接收装置将电磁场能转化为电能，实现无线电能传输。本专利技术中所说的接收装置通常指需要供电的移动设备。当发射装置中的电流发生变化时，在接收装置中产生感应电动势，为接收装置内接有的负载进行充电。但是由于接收装置相对于发射装置的位置不同，会导致发射装置与接收装置之间的互感不同，进而使接收装置接收到的功率不同。为实现对不同位置的接收装置均能进行最大功率的电能传输，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法，其特征在于，包括：S11，基于梯度下降法，确定三维无线电能传输系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；S12，根据所述虚拟等效电流的方向参数的取值，确定所述接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。

【技术特征摘要】
1.一种三维无线电能传输系统实时最大功率传输方法，其特征在于，包括：S11，基于梯度下降法，确定三维无线电能传输系统中发射装置与接收装置之间的虚拟等效互感的平方取值最大时所述发射装置的虚拟等效电流的方向参数的取值；S12，根据所述虚拟等效电流的方向参数的取值，确定所述接收装置的方位以及所述发射装置中各发射电流的取值，以使所述发射装置产生的合磁场方向与所述接收装置的方位一致，实现最大功率传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射装置具体包括：第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈、第一谐振电容、第二谐振电容和第三谐振电容；所述第一发射线圈的中心、所述第二发射线圈与所述第三发射线圈的中心重合，且所述第一发射线圈所处的平面、所述第二发射线圈所处的平面与所述第三发射线圈所处的平面两两垂直；所述第一发射线圈与所述第一谐振电容连接，所述第二发射线圈与所述第二谐振电容连接，所述第三发射线圈与所述第三谐振电容连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述虚拟等效电流的方向参数包括：笛卡尔坐标系下所述虚拟等效电流的方位角和仰角；相应地，S11具体包括：基于梯度下降法，以所述虚拟等效互感的平方与-1/2的乘积作为目标函数，以所述虚拟等效电流的方位角和仰角的取值范围为约束条件，确定使所述目标函数收敛至局部极小值时所述虚拟等效电流的方位角的取值和仰角的取值，并将所述方位角的取值和所述仰角的取值作为所述虚拟等效互感的平方取值最大时所述虚拟等效电流的方向参数的取值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标函数具体为：其中，θ为所述虚拟等效电流的方位角，为所述虚拟等效电流的仰角，MA为所述第一发射线圈与接收线圈之间的互感，MB为所述第二发射线圈与接收线圈之间的互感，MC为所述第三发射线圈与接收线圈之间的互感。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于梯度下降法，以所述虚拟等效互感的平方与-1/2的乘积作为目标函数，以所述虚拟等效电流的方位角和仰角的取值范围为约束条件，确定使所述目标函数收敛至局部极小值时所述虚拟等效电流的方位角的取值和仰角的取值，具体包括：选取所述虚拟等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟梅，毛竹，朱奇，唐维溢，韩华，刘梓溪，宁思捷，但汉兵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43