[發明專利]無線電能傳輸多向接收三維線圈及無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201810600825.5
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108682531A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 諸嘉慧;李永亮;高強;劉齊;劉之方
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院;國網寧夏電力公司
• 主分類號: H01F5/00
• 分類號: H01F5/00;H01F38/14;H02J50/12
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 胡秋立

本發明提供了一種無線電能傳輸多向接收三維線圈及無線電能傳輸系統。該接收三維線圈以三維立體接收結構作為所述接收三維線圈的承載機構；所述三維立體接收結構為多面體，其若干個側面均設有平面螺旋線圈；各所述平面螺旋線圈由一根導線繞制在其對應的側面上，或各所述平面螺旋線圈串聯連接，用于接收電磁能量并將電磁能量轉換為電能以實現無線電能的傳輸。本發明采用三維立體結構，以接收來自多個不同方向的無線電能，滿足接收線圈高自由度移動的需求，進而提升無線電能傳輸系統的自由度與靈活性，提高傳輸系統磁場的空間均勻性，實現多源多負載系統及任意空間位置的接收裝置的穩定電能傳輸，從而提高無線電能傳輸的傳輸效率和傳輸穩定性。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體而言，涉及一種無線電能傳輸多向接收三維線圈及無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸技術（Wireless Power Transfer—WPT）也稱之為非接觸電能傳輸技術(Contactless Power Transmission—CPT),是一種借助于空間無形軟介質（如電場、磁場、微波、激光、超聲波等）實現將電能由電源端傳遞至用電設備的一種供電模式，是電能傳輸和接入的一種革命性的進步。無線電能傳輸有效地解決了電源的便捷、安全接入問題，解決了傳統直接接觸式輸電模式所帶來的插電火花、積碳、不易維護、易產生磨損等問題，特別是在特殊環境下用電存在的安全隱患問題。

2007年，美國麻省理工學院的研究人員采用高頻電磁諧振耦合方式實現了電能的中程無線傳輸，在間隔2m距離給60W燈泡供電時效率約為40%。這一重大進展又激起了國內外研究人員對磁耦合諧振式無線電能傳輸技術的興趣，眾多學者在提高傳輸功率和效率，以及傳輸距離等方面進行了深入的研究。然而無線電能傳輸技術在應用過程中受到其傳輸方向性的制約，目前在無線電能傳輸研究及產品領域的接收線圈通常是平面型或圓柱形結構，這種結構有很強的方向性，只能在一個維度上進行電能的高效無線傳輸，即在傳統無線電能傳輸系統中，接收線圈與發射線圈對方向較為敏感，在單個方向上可以獲得足夠的傳輸功率，但方向改變時傳輸功率急劇下降，故其多為平行放置。

然而在實際應用中，對于單源多負載系統及任意空間位置的接收機構，接收線圈和磁場的相對空間關系會發生變化，接收線圈的平面法向就會出現和磁場方向不平行甚至垂直的情況，那么接收線圈中的傳輸特性會隨兩線圈平面法向夾角的變化而變化，降低了系統的傳輸穩定性，即一旦接收線圈和發射線圈存在較大的相對偏移，傳輸功率會隨著兩線圈平面法向夾角的變大而急劇下降，尤其在實際應用場景中的單源多負載的情況下，沒有正對發射線圈的負載線圈的傳輸效率和傳輸穩定性將會大大降低，甚至無法接收到能量。

發明內容

鑒于此，本發明提出了一種無線電能傳輸多向接收三維線圈及無線電能傳輸系統，旨在解決現有接收線圈和發射線圈存在相對偏移致使傳輸效率降低的問題。

一方面，本發明提出了一種無線電能傳輸多向接收三維線圈，該接收三維線圈以三維立體接收結構作為所述接收三維線圈的承載機構；所述三維立體接收結構為多面體，其若干個側面均設有平面螺旋線圈；各所述平面螺旋線圈由一根導線繞制在其對應的側面上，或各所述平面螺旋線圈串聯連接，用于接收電磁能量并將電磁能量轉換為電能以實現無線電能的傳輸。

進一步地，上述無線電能傳輸多向接收三維線圈，所述平面螺旋線圈中，每匝線圈均為多邊形或圓形。

進一步地，上述無線電能傳輸多向接收三維線圈，所述平面螺旋線圈中，每匝線圈均為其所在面對應的多邊形。

進一步地，上述無線電能傳輸多向接收三維線圈，所述三維立體接收結構為一種或多種多邊形組成的三維立體結構體。

進一步地，上述無線電能傳輸多向接收三維線圈，所述三維立體接收結構為空心正多面體。

進一步地，上述無線電能傳輸多向接收三維線圈，所述平面螺旋線圈的每匝接收線圈的幾何中心位于所述三維立體接收結構對應側面的幾何中心位置。