无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统。该发射三维线圈包括：三维立体骨架；其中，三维立体骨架以铁芯为棱，通过非导磁材料为顶点连接的三维立体结构，以作为发射三维线圈的承载机构；三维立体骨架的每个棱上均绕设有发射线圈，用于将电能转换为电磁能量以实现无线电能的传输。本发明专利技术采用三维立体结构，不仅能满足单电源，多个不同位置的负载同时供电的需要，满足接收装置高自由度移动的需求，进而提升无线电能传输系统的自由度与灵活性，提高传输系统磁场的空间均匀性，减少接收系统对发射系统的依赖性，实现单源多负载系统及任意空间位置的接收装置的稳定电能传输，进而提高无线电能传输的传输效率和传输稳定性。

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统
本专利技术涉及无线电能传输
，具体而言，涉及一种无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输技术（WirelessPowerTransfer—WPT）也称之为非接触电能传输技术(ContactlessPowerTransmission—CPT)，是一种借助于空间无形软介质（如电场、磁场、微波、激光、超声波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，是电能传输和接入的一种革命性的进步。无线电能传输有效地解决了电源的便捷、安全接入问题，解决了传统直接接触式输电模式所带来的插电火花、积碳、不易维护、易产生磨损等问题，特别是在特殊环境下用电存在的安全隐患问题。2007年，美国麻省理工学院的研究人员采用高频电磁谐振耦合方式实现了电能的中程无线传输，在间隔2m距离给60W灯泡供电时效率约为40%。这一重大进展又激起了国内外研究人员对磁耦合谐振式无线电能传输技术的兴趣，众多学者在提高传输功率和效率，以及传输距离等方面进行了深入的研究。然而无线电能传输技术在应用过程中受到其传输方向性的制约，目前在无线电能传输研究及产品领域的发射线圈通常是平面型或圆柱形结构，这种结构有很强的方向性，只能在一个维度上进行电能的高效无线传输，即在传统无线电能传输系统中，接收线圈与发射线圈对方向较为敏感，在单个方向上可以获得足够的传输功率，但方向改变时传输功率急剧下降，故其多为平行放置。然而在实际应用中，对于单源多负载系统及任意空间位置的接收机构，接收线圈和磁场的相对空间关系会发生变化，接收线圈的平面法向就会出现和磁场方向不平行甚至垂直的情况，那么接收线圈中的传输特性会随两线圈平面法向夹角的变化而变化，降低了系统的传输稳定性，即一旦接收线圈和发射线圈存在较大的相对偏移，传输功率会随着两线圈平面法向夹角的变大而急剧下降，尤其在实际应用场景中的单源多负载的情况下，没有正对发射线圈的负载线圈的传输效率和传输稳定性将会大大降低，甚至无法接收到能量。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统，旨在解决现有接收线圈和发射线圈存在相对偏移致使传输效率降低的问题。一方面，本专利技术提出了一种无线电能传输多向发射三维线圈，该发射三维线圈包括：三维立体骨架；其中，所述三维立体骨架以铁芯为棱，通过非导磁材料为顶点连接的三维立体结构，以作为所述发射三维线圈的承载机构；所述三维立体骨架的每个棱上均绕设有发射线圈，用于将电能转换为电磁能量以实现无线电能的传输。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，各所述发射线圈均经由调谐电路并联接于高频电源上。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述调谐电路包括串联或并联的电容及电感元件，用于使得各所述发射线圈的谐振频率与所述高频电源的输出频率相对应。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述发射线圈均以螺旋式绕制于所述三维立体骨架的棱上。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，各所述发射线圈的几何中心与其绕设的棱的几何中心重合设置。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述三维立体骨架为一种或多种多边形组成的三维结构体。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述三维立体骨架为空心正多面体。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述铁芯为圆柱体结构。进一步地，上述无线电能传输多向发射三维线圈，所述铁芯通过铁氧体材料制成。本专利技术提供的无线电能传输多向发射三维线圈，通过铁芯和非导磁材料连接组合成三维立体结构的三维立体骨架，以便作为发射三维线圈的承载机构，且三维立体结构具有对称性与稳定性，有利于实现多方向的稳定电能传输；三维立体骨架的每个棱上均绕设有发射线圈，用于将电能转换为其他形式的电磁能量以隔空传输。与现有技术相比，该无线电能传输多向发射三维线圈克服了现有技术采用的传统线圈结构具有方向敏感性的局限，而是采用三维立体结构，这种三维立体结构发射线圈不仅能满足单电源，多个不同位置的负载同时供电的需要，满足接收装置高自由度移动的需求，进而提升无线电能传输系统的自由度与灵活性，提高传输系统磁场的空间均匀性，减少接收系统对发射系统的依赖性，实现单源多负载系统及任意空间位置的接收装置的稳定电能传输，进而提高无线电能传输的传输效率和传输稳定性；同时，该无线电能传输多向发射三维线圈还能保证在多角度下能量传输的稳定性，减小系统体积，这种多向三维传输线圈装置适合于对空间位置不固定的运动设备供电。另一方面，本专利技术还提出了一种无线电能传输系统，该系统设置有上述无线电能传输多向发射三维线圈。由于无线电能传输多向发射三维线圈具有上述效果，所以具有无线电能传输多向发射三维线圈的无线电能传输系统也具有相应的技术效果。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的无线电能传输多向发射三维线圈的第一结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的无线电能传输多向发射三维线圈的第二结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的无线电能传输系统的结构框图；图4为本专利技术实施例提供的无线电能传输多向接收三维线圈的第一结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的无线电能传输多向接收三维线圈的第二结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。发射三维线圈实施例：参见图1和图2，其示出了无线电能传输多向发射三维线圈的优选结构，如图所示，该无线电能传输多向发射三维线圈10包括：三维立体骨架1；其中，三维立体骨架1以铁芯11为棱，通过非导磁材料12为顶点连接的三维立体结构，以作为发射三维线圈的承载机构。三维立体结构具有对称性与稳定性，有利于实现多方向的稳定电能传输。具体而言，铁芯11为圆柱体结构，以便减小铁芯11对发射线圈2的磨损。优选地，铁芯11通过铁氧体材料制成，铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物，就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能，同时铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率，以便提高该无线电能传输多向发射三维线圈的稳定性。铁芯11按照的三维立体结构的空间分布固定，并通过非导磁材料12连接组合成多面体，即三维立体骨架1为一种或多种多边形组成的三维结构体；进一步优选地，三维立体骨架1为空心正多面体，例如正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体及正二十面体等正多面体，以便确保三维立体骨架1的各棱相同，进而提高传输系统磁场的空间均匀性，减少接收系统对发射系统的依赖性，同时其内部中空便于将调谐电路和高频电源设置在三维立体骨架1内部或外部，进而便于该发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输多向发射三维线圈，其特征在于，包括：三维立体骨架（1）；其中，所述三维立体骨架（1）以铁芯（11）为棱，通过非导磁材料（12）为顶点连接的三维立体结构，以作为所述发射三维线圈的承载机构；所述三维立体骨架（1）的每个棱上均绕设有发射线圈（2），用于将电能转换为电磁能量以实现无线电能的传输。

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输多向发射三维线圈，其特征在于，包括：三维立体骨架（1）；其中，所述三维立体骨架（1）以铁芯（11）为棱，通过非导磁材料（12）为顶点连接的三维立体结构，以作为所述发射三维线圈的承载机构；所述三维立体骨架（1）的每个棱上均绕设有发射线圈（2），用于将电能转换为电磁能量以实现无线电能的传输。2.根据权利要求1所述的无线电能传输多向发射三维线圈，其特征在于，各所述发射线圈（2）均经由调谐电路并联接于高频电源上。3.根据权利要求2所述的无线电能传输多向发射三维线圈，其特征在于，所述调谐电路包括串联或并联的电容及电感元件，用于使得各所述发射线圈（2）的谐振频率与所述高频电源的输出频率相对应。4.根据权利要求1至3任一项所述的无线电能传输多向发射三维线圈，其特征在于，所述发射线圈（2）均以螺旋式绕制于...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸嘉慧，李永亮，高强，刘齐，刘之方，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国网宁夏电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11