[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

说明书

本发明涉及一种全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，该方法包括：利用霍夫电压定律构建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，所述方程均为关于发射线圈的叠加磁场矢量角的方程；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，得出两个总输入功率的方程，根据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。

技术领域

本发明涉及全方向无线电力传输领域，具体涉及全方向无线电力传输系统中接收线圈的位置确定方法。

背景技术

随着电力电子技术的成熟，高品质的高频电源和线圈谐振器得以被提供，WPT技术获得了所需的技术支持，引起了大家广泛的关注。目前，定向WPT技术已经逐步成熟并被应用于医疗植入物、电力传输系统以及移动电话等便携式设备的无线充电上。随着科学的发展，已有论文提出了使用正交线圈进行全方向WPT的思想，同时也有论文中提出了一种通过全方位扫描确定接收线圈方位的方法，然而该方法过程复杂，确定接收线圈方位所需时间较长。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种全方向无线电能传输系统的接收线圈位置确定方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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、线圈二和线圈三中在匝数、直径和自感系数上均相同。

进一步地，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所得磁场向量在二维平面上的夹角，即是叠加磁场矢量角，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：