[发明专利]一种全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法

权利要求书

1.一种全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用霍夫电压定律计算出全方向无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈的耦合电路方程，根据所述耦合电路方程确定全方向无线电能传输系统的负载功率和总输入功率的方程，根据所述负载功率和总输入功率的方程确定能量传递效率的方程，所述负载功率、总输入功率和能量传递效率的方程均为关于发射线圈的叠加磁场矢量角的方程；

步骤2，通过对所述负载功率、总输入功率和能量传递效率的方程进行分析，确定当所述总输入功率达到最大时，所述负载功率和所述能量传递效率也同时达到最大；

步骤3，改变叠加磁场矢量角，通过测量工具测量任意两个不同的叠加磁场矢量角对应的总输入功率，得出对应的两个总输入功率的方程，根据所述两个总输入功率的方程，求解出总输入功率最大值时叠加磁场矢量角的大小，由于总输入功率最大时能量传递效率也同时达到最大，能量传递效率最大时，叠加磁场矢量角与接收线圈所处方位角度相同，从而确定接收线圈的方位。

2.根据权利要求1所述的全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，其特征在于，步骤1中所述发射线圈包括发射线圈一和发射线圈二，所述发射线圈一和发射线圈二正交，所述叠加磁场矢量角为发射线圈一和发射线圈二的叠加磁场矢量在二维平面上的夹角。

3.根据权利要求2所述的全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，其特征在于，所述发射线圈一为由线圈一、第一电容和第一电源串联构成的第一闭环回路，所述发射线圈二为由线圈二、第二电容和第二电源串联构成第二闭环回路，所述接收线圈为由线圈三、第三电容和负载串联构成第三闭环回路。

4.根据权利要求3所述的全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，其特征在于，所述第一电源和第二电源为具有相同的频率和相位但是在其幅度调制方面是不同的电流源，所述第一电容、第二电容和第三电容中的总容值相等，所述线圈一、线圈二和线圈三在匝数、直径和自感系数上均相同。

5.根据权利要求4所述的全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，由于第一电源和第二电源具有相同的频率和相位，但是在其幅度调制方面是不同的电流源，在数学上可以表示为第一公式：

其中，I₁为发射线圈一中电流瞬时值，I₂为发射线圈二中电流瞬时值，cosθ和sinθ分别是I₁和I₂的幅度调制函数，θ是发射线圈一和发射线圈二的叠加磁场向量在二维平面上的夹角，即叠加磁场矢量角，I是时间的正弦函数。

步骤1.2，基于基尔霍夫电压定律得到发射线圈与接收线圈的耦合电路方程，表示为第二公式：

其中，U₁和U₂是I₁和I₂的等效电压，R₁、R₂、R₃分别为发射线圈一、发射线圈二、接收线圈的电阻，L₁、L₂、L₃分别为发射线圈一、发射线圈二、接收线圈的自感，C₁、C₂分别为第一电容和第二电容，C₃为第三电容，M₁₂为发射线圈一和发射线圈二之间的互感系数，M₁₃为发射线圈一和接收线圈的互感系数，M₂₃为发射线圈二和接收线圈的互感系数，因发射端两个发射线圈正交，故M₁₂＝0，ω为系统工作角频率，j为虚数，R_load为负载电阻。

步骤1.3，将第一公式代入第二公式计算得出负载电流方程式，表示为第三公式：

其中：

步骤1.4，根据第三公式和负载电阻计算出负载功率，表示为第四公式：

步骤1.5，令则负载功率可表示为第五公式：

P_load＝I²R_load＝I²R_loadK_2-D×sin²(γ_2-D+θ)，

步骤1.6，根据第一公式和第二公式计算出发射线圈一、发射线圈二和接收线圈的功率损耗，表示为第六公式：

其中P_loss1为发射线圈一的功率损耗，P_loss2发射线圈二的功率损耗，P_loss3为接收线圈的功率损耗，

步骤1.7，根据第五公式和第六公式计算出总输入功率，表示为第七公式：

P_in＝P_loss1+P_loss2+P_loss3+P_load，

步骤1.8，将第五公式和第六公式代入第7公式得出总输入功率的展开式，表示为第八公式：

P_in＝I²(R₁+(R₂-R₁)sin²θ+(R_load+R₃)K_2-D×sin²(γ_2-D+θ))，

步骤1.9，根据第五公式和第六公式计算出能量传递效率，表示为第九公式：