[实用新型]无线电能传输多向发射三维线圈及无线电能传输系统

说明书

本实用新型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隔空传输。本实用新型采用三维立体结构，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。

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输技术领域，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。

背景技术

无线电能传输技术（Wireless Power Transfer—WPT）也称之为非接触电能传输技术(Contactless Power Transmission—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。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型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，本实用新型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隔空传输。

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。