输电发送方法、设备及系统

申请号 CN201310754580.9 申请日 2013-12-31 公开(公告)号 CN104753184A 公开(公告)日 2015-07-01
申请人 华为技术有限公司; 发明人 王富超; 田帆; 张玉超;
摘要 本 发明 实施例 提供一种输电发送方法、设备及系统。本发明输电发送设备,用于对输电接收设备进行无线输电,所述输电发送设备包括:输电 电路 和线圈,所述输电电路包括 信号 发送单元以及控制单元,所述线圈包括至少两个相互垂直的子线圈;所述信号发送单元,用于接收所述输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号;所述控制单元,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的 磁场 方向,并且控制所述线圈在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输 电能 ,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向。本发明实施例解决电能传输效率低的问题。
权利要求

1.一种输电发送设备,其特征在于,所述输电发送设备用于对输电接收设备进行无线输电,所述输电发送设备包括:输电电路和线圈,其中,所述输电电路包括信号发送单元以及控制单元,所述线圈包括至少两个相互垂直的子线圈;
所述信号发送单元,用于接收所述输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
所述控制单元,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,并且控制所述线圈在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,并调整所述线圈的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;
所述线圈,用于产生磁场并在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述控制单元,具体包括:
定向单元,用于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向进行步进变化并将所述步进变化过程中所述实际接收电能的功率值最大时所对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
功率传输单元,用于控制所述线圈在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述输电发送设备的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值。
3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述定向单元,包括:
步进控制单元,用于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向以固定度朝同一方向步进,直至回到步进前的初始位置
采样比较单元,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能的功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能的功率值,比较所有获得的实际接收电能的功率值,将最大的实际接收电能的功率值对应的磁场方向确定为最优磁场方向。
4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述步进控制单元,包括延时器、直流可调压电源以及高频逆变器,其中:
所述高频逆变器,用于将所述直流可调压电源输出的直流电流转变成交流电流后输出给所述至少两个相互垂直子线圈;
所述延时器,用于对频率驱动信号进行延时,经过延时的所述频率驱动信号用于使所述至少两个相互垂直子线圈的电流产生相位差,所述相位差用于确定所述至少两个线圈产生的所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;
所述直流可调电源,用于输出直流电流,并且通过调整输出到所述至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例,以调整所述线圈产生的所述磁场方向在所述范围内的进行步进变化。
5.一种电能传输系统,其特征在于,包括:输电发送设备和输电接收设备,所述输电发送设备采用所述权利要求1~4中任一项所述输电发送设备,所述输电发送设备对所述输电接收设备进行无线输电;
所述输电接收设备包括用于接收无线输电的输电接收电路和接收线圈,所述接收线圈包括信号发送单元,所述信号发送单元用于向输电发送设备发送需求功率信号和实际接收功率信号;所述输电接收电路用于接收所述输电发送设备通过所述无线输电的方式输送的电能。
6.一种输电发送方法,其特征在于,包括:
接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向为所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;
调整输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,包括:
在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化;
根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向,包括:
步骤1、获得所述输电接收设备在当前磁场方向的初始位置下的第一实际接收电能功率值;
步骤2、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第二实际接收电能功率值;
步骤3、比较所述第一实际接收电能功率值和第二实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
步骤4、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第三实际接收电能功率值;
步骤5、比较所述最大实际接收电能功率值和第三实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
步骤6、重复上述1-5步骤直到所述磁场方向回到初始位置,并将所述步进过程中获得的最大实际接收电能功率值对应的磁场方向为最优磁场方向。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化,包括:
通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;
通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。
10.一种输电发送装置,其特征在于,包括:
通信模,用于接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
最优输电模块,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;
电能传输模块,用于调整所述线圈输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述最优输电模块,包括:
调整单元,用于在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化;
方向确定单元,用于根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
输电单元,用于在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述线圈的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述方向确定单元,包括:
循环步进单元,用于控制所述磁场方向以固定角度朝同一方向步进,直至回到初始位置;
比较确定单元,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能功率值,比较所有获得的实际接收电能功率值,将最大的实际接收电能功率值对应的磁场方向确定为最优磁场方向。
13.根据权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述调整单元,具体用于:
通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;
通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。

说明书全文

输电发送方法、设备及系统

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及输电技术,尤其涉及一种输电发送方法、设备及系统。 背景技术
[0002] 无线输电概念的提出最早要追溯到1889年,物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)带着他全球无线供电的宏大理想开始筹建华登克里夫塔,向束缚电能导线发出了巨大的挑战。自从特斯拉点燃了人类无线输电的梦想,人们对于无线电能传输的研究也在不断向前迈进,在过去的一个世纪中,科技和文明飞速发展,电子通信行业日新月异,人们对无线电能传输技术的研究也有了很大突破,“隔空取电”的魔踪幻影也得以成真。
[0003] 现有技术主要采用电磁波辐射的方式将电能从输电发送设备传输给输电接收设备。具体来说,输电发送设备可以将电信号转换为电磁波信号,通过空间传输将该电磁波信号发送给输电接收设备;输电接收设备可以将电磁波信号再转换为电信号,从而获得电能。 [0004] 但是,上述现有技术只能在几个固定的方向上向输电接收设备发送电磁波辐射,现实中输电接收设备不一定就刚刚好位于这几个固定的方向上,这样就会出现输电接收设备实际接收电能的功率小于在方向对准时实际接收电能的功率,导致电能传输效率低的问题。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供一种输电发送方法、设备及系统,以解决输电发送设备向输电接收设备进行无线输电时,出现输电接收设备实际接收电能的功率小于在方向对准时实际接收电能的功率,导致电能传输效率低的问题。
[0006] 第一方面,本发明实施例提供一种输电发送设备,所述输电发送设备用于对输电接收设备进行无线输电,所述输电发送设备包括:输电电路和线圈,其中,所述输电电路包括信号发送单元以及控制单元,所述线圈包括至少两 个相互垂直的子线圈; [0007] 所述信号发送单元,用于接收所述输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
[0008] 所述控制单元,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,并且控制所述线圈在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,并调整所述线圈的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;
[0009] 所述线圈,用于产生磁场并在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能。
[0010] 结合第一方面,在第一方面的第一种可能的实现方式中,所述控制单元,具体包括:
[0011] 定向单元,用于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向进行步进变化并将所述步进变化过程中所述实际接收电能的功率值最大时所对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
[0012] 功率传输单元,用于控制所述线圈在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述输电发送设备的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值。
[0013] 结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第一方面的第二种可能的实现方式中,所述定向单元,包括:
[0014] 步进控制单元,用于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向以固定度朝同一方向步进,直至回到步进前的初始位置; [0015] 采样比较单元,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能的功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能的功率值,比较所有获得的实际接收电能的功率值,将最大的实际接收电能的功率值对应的磁场方向确定为最优磁场方向。 [0016] 结合第一方面的第二种可能的实现方式,在第一方面的第三种可能的实现方式中,所述步进控制单元,包括延时器、直流可调压电源以及高频逆变 器,其中: [0017] 所述高频逆变器,用于将所述直流可调压电源输出的直流电流转变成交流电流后输出给所述至少两个相互垂直子线圈;
[0018] 所述延时器,用于对频率驱动信号进行延时,经过延时的所述频率驱动信号用于使所述至少两个相互垂直子线圈的电流产生相位差,所述相位差用于确定所述至少两个线圈产生的所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;
[0019] 所述直流可调电源,用于输出直流电流,并且通过调整输出到所述至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例,以调整所述线圈产生的所述磁场方向在所述范围内的进行步进变化。
[0020] 第二方面,本发明实施例提供一种电能传输系统,包括:输电发送设备和输电接收设备,所述输电发送设备采用第一方面、第一方面的第一种至第三种中任一种可能的实现方式中任一项所述输电发送设备,所述输电发送设备对所述输电接收设备进行无线输电; [0021] 所述输电接收设备包括用于接收无线输电的输电接收电路和接收线圈,所述接收线圈包括信号发送单元,所述信号发送单元用于向输电发送设备发送需求功率信号和实际接收功率信号;所述输电接收电路用于接收所述输电发送设备通过所述无线输电的方式输送的电能。
[0022] 第三方面,本发明实施例提供一种输电发送方法,包括:
[0023] 接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
[0024] 调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向为所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;
[0025] 调整输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0026] 结合第三方面,在第三发面的第一种可能的实现方式中,所述调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电 接收设备传输电能,包括:
[0027] 在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化; [0028] 根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向; [0029] 在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能。
[0030] 结合第三方面的第一种可能的实现方式,在第三发面的第二种可能的实现方式中,所述根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向,包括:
[0031] 步骤1、获得所述输电接收设备在当前磁场方向的初始位置下的第一实际接收电能功率值;
[0032] 步骤2、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第二实际接收电能功率值;
[0033] 步骤3、比较所述第一实际接收电能功率值和第二实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
[0034] 步骤4、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第三实际接收电能功率值;
[0035] 步骤5、比较所述最大实际接收电能功率值和第三实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
[0036] 步骤6、重复上述1-5步骤直到所述磁场方向回到初始位置,并将所述步进过程中获得的最大实际接收电能功率值对应的磁场方向为最优磁场方向。
[0037] 结合第三方面的第一种或第二种可能的实现方式,在第三发面的第三种可能的实现方式中,所述在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化,包括:
[0038] 通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围; [0039] 通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。
[0040] 第四方面,本发明实施例提供一种输电发送装置,包括:
[0041] 通信模,用于接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
[0042] 最优输电模块,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向; [0043] 电能传输模块,用于调整所述线圈输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0044] 结合第四方面,在第四发面的第一种可能的实现方式中,所述最优输电模块,包括:
[0045] 调整单元,用于在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化;
[0046] 方向确定单元,用于根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
[0047] 输电单元,用于在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述线圈的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0048] 结合第四发面的第一种可能的实现方式,在第四发面的第二种可能的实现方式中,所述方向确定单元,包括:
[0049] 循环步进单元,用于控制所述磁场方向以固定角度朝同一方向步进,直至回到初始位置;
[0050] 比较确定单元,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能功率值,比较所有获得的实际接收电能功率值,将最大的实际接收电能功率值对应的磁场方向确定为最优 磁场方向。
[0051] 结合第四方面的第一种或第二种可能的实现方式,在第四发面的第三种可能的实现方式中,所述调整单元,具体用于:
[0052] 通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围; [0053] 通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。
[0054] 本发明实施例输电发送方法、设备及系统,通过调整至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例以及相位差,以将线圈产生的磁场方向调整到最优磁场方向,即输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电时,输电接收设备实际接收电能的功率值最大,解决电能传输效率低的问题。附图说明
[0055] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056] 图1为本发明输电发送设备实施例一的结构示意图;
[0057] 图2A为本发明输电发送设备实施例一的两个相互垂直的子线圈的组合示意图; [0058] 图2B为本发明输电发送设备实施例一的三个相互垂直的子线圈的组合示意图; [0059] 图3为本发明输电发送设备实施例二的结构示意图;
[0060] 图4为本发明输电发送设备实施例三的结构示意图;
[0061] 图5为本发明输电发送设备实施例四的结构示意图;
[0062] 图6为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图一;
[0063] 图7为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图二;
[0064] 图8为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图三;
[0065] 图9为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图四;
[0066] 图10A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的同相位示意图; [0067] 图10B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的反相位示意图; [0068] 图11A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场象限示意图; [0069] 图11B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的同相磁场示意图; [0070] 图11C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的反相磁场示意图; [0071] 图12A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图一; [0072] 图12B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图二; [0073] 图12C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图三; [0074] 图12D为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图一; [0075] 图12E为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图二; [0076] 图12F为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图三; [0077] 图12G为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图四; [0078] 图13A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图一; [0079] 图13B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图二; [0080] 图13C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图三; [0081] 图13D为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图四; [0082] 图13E为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图五; [0083] 图13F为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图六; [0084] 图13G为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图一; [0085] 图13H为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图二; [0086] 图13I为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图三; [0087] 图13J为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图四; [0088] 图14A为本发明输电发送设备实施例一的子线圈的结构示意图一; [0089] 图14B为本发明输电发送设备实施例一的子线圈的结构示意图二; [0090] 图15为本发明输电发送方法实施例一的流程图
[0091] 图16为本发明输电发送方法实施例二的流程图;
[0092] 图17为本发明输电发送方法实施例三的流程图;
[0093] 图18为本发明输电发送装置实施例一的结构示意图;
[0094] 图19为本发明输电发送装置实施例二的结构示意图;
[0095] 图20为本发明输电发送装置实施例三的结构示意图;
[0096] 图21为本发明电能传输系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0097] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0098] 图1为本发明输电发送设备实施例一的结构示意图,如图1所示,输电发送设备10用于对输电接收设备进行无线输电,本实施例的设备可以包括:输电电路11和线圈12,进一步的,输电电路11还可以包括:信号发送单元111和控制单元112;线圈12包括至少两个相互垂直的子线圈。信号发送单元111,用于接收所述输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;控制单元112,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,并且控制所述线圈12在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,并调整所述线圈12的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值,所述最优磁场方向是指所述线圈12的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;线圈12,用于产生磁场并在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能。 [0099] 图2A为本发明输电发送设备实施例一的两个相互垂直的子线圈的组合示意图,如图2A所示,线圈12包括了两个子线圈121和122,并且子线圈121和子线圈122相互垂直,图2B为本发明输电发送设备实施例一的三个相互垂直的子线圈的组合示意图,如图2B所示,线圈12包括了三个子线圈121、 122以及123,并且子线圈121、子线圈122以及子线圈123两两相互垂直。需要说明的是,图2A和图2B只是相互垂直的子线圈的组合示例,本发明中的线圈可以是以任意形式组合的正交线圈,此处不做具体限定。 [0100] 输电发送设备10通过调整线圈产生的磁场方向,以实现在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,其中,线圈产生的磁场具体的实现原理为:根据安培定律(电流磁效应现象),通有电流的线圈周围产生磁场,磁场强度和电流大小成正比,磁场方向和电流方向垂直,判断磁场方向的方法为右手定则。线圈中相互垂直的子线圈产生的磁场方向根据三角形法则合成后即形成线圈的磁场方向。
[0101] 本实施例,输电发送设备10通过调整至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例以及相位差,以将线圈产生的磁场方向调整到最优磁场方向,即输电发送设备10在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电时,输电接收设备实际接收电能的功率值最大,解决电能传输效率低的问题。
[0102] 图3为本发明输电发送设备实施例二的结构示意图,如图3所示,本实施例的输电发送设备在图1所示设备结构基础上,进一步的,控制单元112可以包括:定向单元21和功率传输单元22,其中,定向单元21,用于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向进行步进变化并将所述步进变化过程中所述实际接收电能的功率值最大时所对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;功率传输单元22,用于控制所述线圈在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述输电发送设备的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值。 [0103] 本实施例,输电发送设备10的控制单元112通过控制磁场方向进行步进变化,根据步进变化过程中输电接收设备实际接收到的电能的功率的比较,逐步找到输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的方向,此时,输电发送设备保持在该方向下向输电接收设备传输电能,即可减少电能在传输路径中的损耗,以提高电能的传输效率。 [0104] 图4为本发明输电发送设备实施例三的结构示意图,如图4所示,本实施例的输电发送设备在图3所示设备结构基础上,进一步的,定向单元21可以包括:步进控制单元31和采样比较单元32,其中,步进控制单元31,用 于调整所述至少两个相互垂直子线圈电流幅值的比例以及相位差,以控制所述磁场方向以固定角度朝同一方向步进,直至回到步进前的初始位置;采样比较单元32,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能的功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能的功率值,比较所有获得的实际接收电能的功率值,将最大的实际接收电能的功率值对应的磁场方向确定为最优磁场方向。 [0105] 本实施例,输电发送设备10的控制单元112的定向单元21通过控制磁场方向以固定角度朝同一方向步进,在步进变化过程中重复比较输电接收设备实际接收电能的功率值,最终确定出最优磁场方向,以实现提高电能的传输效率的目的。
[0106] 图5为本发明输电发送设备实施例四的结构示意图,如图5所示,图4所示设备结构的基础上,进一步地,步进控制单元31可以包括:延时器41、直流可调压电源42以及高频逆变器43,其中,高频逆变器43,用于用于将所述直流可调压电源输出的直流电流转变成交流电流后输出给所述至少两个相互垂直子线圈;延时器41,用于对频率驱动信号进行延时,经过延时的所述频率驱动信号用于使所述至少两个相互垂直子线圈的电流产生相位差,所述相位差用于确定所述至少两个线圈产生的所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;直流可调电源42,用于输出直流电流,并且通过调整输出到所述至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例,以调整所述线圈产生的所述磁场方向在所述范围内的进行步进变化。
[0107] 具体地,根据线圈中包括的子线圈的个数以及调整磁场方向的方法,步进控制单元31中包括的延时器41、直流可调压电源42以及高频逆变器43的个数,以及电路的连接方式可以以实际需求为准进行调整。
[0108] 图6为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图一,如图6所示,图5中的步进控制单元31与线圈的连接方式与线圈数量以及磁场方向产生方法相关,线圈包括相互垂直的第一子线圈45a、第二子线圈45b以及电容46,相应的,图5所示设备结构中的步进控制单元31在本实施例中可以包括:第一直流可调压电源42a、第二直流可调压电源42b、第一高频逆变器43a、第二高频逆变器43b、延时器41以及脉冲宽度调制器(Pulse Width Modulation,以下简称PWM)44。第一直流可调压电源42a、第一高频逆变器43a用于控 制第一子线圈45a的电流,第二直流可调压电源42b、第二高频逆变器43b用于控制第二子线圈45b的电流,延时器41用于产生第一子线圈45a的电流的延时,以使两个相互垂直子线圈的电流产生相位差。图6所示的结构中可以将相位差调整为0°或180°,两个子线圈的电流不是正向就是反向,正向时磁场方向位于第一象限或第三象限,反向时磁场方向位于第二象限或第四象限;可以将电流幅值的比例调整为任一比例,例如可以是1:2、3:1、1:-2等,每一个比例对应了磁场方向在上述所位于象限内的一个偏转角度。由此即可实现输电发送设备的磁场方向在任意方向上的变化。
[0109] 图7为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图二,如图7所示,图5中的步进控制单元31与线圈的连接方式与线圈数量以及磁场方向产生方法相关,线圈包括相互垂直的第一子线圈45a、第二子线圈45b以及电容46,相应的,图5所示设备结构中的步进控制单元31在本实施例中可以包括:直流可调压电源42、第一高频逆变器43a、第二高频逆变器43b、延时器41以及PWM44。第一高频逆变器43a用于控制第一子线圈45a的电流,第二高频逆变器43b用于控制第二子线圈45b的电流,直流可调压电源42用于使两个子线圈的电流幅值的比例为1:1,延时器41用于产生第一子线圈45a的电流的延时,以使两个相互垂直子线圈的电流产生相位差。图7所示的结构中可以将相位差调整为除0°或180°之外的任一平面角度的范围,根据相位差的不同,磁场方向在四个二维象限中停留的时长不同,并且可以使磁场方向随时间变化周期性地在四个象限内变化;电流幅值的比例为1:1使得在任一象限内磁场方向的均匀分布。由此即可实现输电发送设备的磁场方向在任意方向上的变化。
[0110] 图8为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图三,如图8所示,图5中的步进控制单元31与线圈的连接方式与线圈数量以及磁场方向产生方法相关,线圈包括相互垂直的第一子线圈45a、第二子线圈45b、第三子线圈45c以及电容46,相应的,在图5所示设备结构中的步进控制单元31在本实施例中可以包括:第一直流可调压电源42a、第二直流可调压电源42b、第三直流可调压电源42c、第一高频逆变器43a、第二高频逆变器43b、第三高频逆变器43c、第一延时器41a、第二延时器41b以及PWM44。第一直流可调压电源42a、第一高频逆变器43a用于控制第一子线圈45a的电流,第二直流 可调压电源42b、第二高频逆变器43b用于控制第二子线圈45b的电流,第三直流可调压电源42c、第三高频逆变器43c用于控制第三子线圈45c的电流,第一延时器41a用于产生第一子线圈45a的电流的延时,第二延时器41b用于产生第三子线圈45c的电流的延时,以使三个相互垂直子线圈的电流产生相位差。图8所示的结构中可以将相位差调整为0°或180°,三个子线圈中两两子线圈的电流不是正向就是反向,根据正向与方向的组合,可以确定磁场方向所位于的三维象限的范围;可以将电流幅值的比例调整为任一比例,例如可以是1:2:1、3:1:1、1:-2:1等,每一个比例对应了磁场方向在上述所位于象限内的一个偏转角度。由此即可实现输电发送设备的磁场方向在任意方向上的变化。
[0111] 图9为本发明输电发送设备实施例四的局部结构示意图四,如图9所示,图5中的步进控制单元31与线圈的连接方式与线圈数量以及磁场方向产生方法相关,线圈包括相互垂直的第一子线圈45a、第二子线圈45b、第三子线圈45c以及电容46,相应的,在图5所示设备结构中的步进控制单元31在本实施例中可以包括:直流可调压电源42、第一高频逆变器43a、第二高频逆变器43b、第三高频逆变器43c、第一延时器41a、第二延时器41b以及PWM44。第一高频逆变器43a用于控制第一子线圈45a的电流,第二高频逆变器43b用于控制第二子线圈45b的电流,第三高频逆变器43c用于控制第三子线圈45c的电流,直流可调压电源42用于使三个子线圈的电流幅值的比例为1:1:1,第一延时器41a用于产生第一子线圈45a的电流的延时,第二延时器41b用于产生第三子线圈45c的电流的延时,以使三个相互垂直子线圈的电流产生相位差。图9所示的结构中可以将两两子线圈的电流相位差调整为除0°或180°之外的任一平面角度的范围,根据相位差的不同,磁场方向在八个三维象限中停留的时长不同,并且可以使磁场方向随时间变化周期性地在八个象限内变化;电流幅值的比例为1:1:1使得在任一象限内磁场方向的均匀分布。由此即可实现输电发送设备的磁场方向在任意方向上的变化。
[0112] 下面采用具体的图例说明输电发送设备10调整至少两个相互垂直子线圈的电流幅值的比例以及相位差以调整所述线圈产生的磁场方向的过程。
[0113] 方法一
[0114] 图10A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的同相位示意图, 图10B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的反相位示意图。图10A和图10B结合来看,设置两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位差为0°或180°,分别对应同相位和反向位,即随时间的变化过程中,两个子线圈中的电流始终保持相位相同或相反。 [0115] 根据电磁场理论中毕奥-萨法定律可得:
[0116]
[0117]
[0118] 由公式(2)和(3)可知磁场强度的大小是与电流大小成正比的,方向受电流的方向控制。
[0119] 图11A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场象限示意图,图11B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的同相磁场示意图,图11C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的反相磁场示意图。如图11A所示,相互垂直的X轴和Y轴将平面分为四个象限;如图11B所示,根据右手定则,电流Ix产生的磁场方向指向Y轴的正向,电流Iy产生的磁场方向指向X轴的正向,此时,磁场方向B在第一象限内;如图11C所示,根据右手定则,电流Ix产生的磁场方向指向Y轴的反向,电流Iy产生的磁场方向指向X轴的正向,此时,磁场方向B在第四象限内。
[0120] 图12A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图一,图12B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图二,图12C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的电流幅值示意图三。如图12A所示,电流Ix和电流Iy的幅值相等且同相时,分别产生的磁场B_x和B_y的强度在峰值处也是相同的,因此磁场方向位于第一象限内,更精确来讲位于磁场B_y的方向的顺时针45°角的方向上;如图
12B所示,电流Ix和电流Iy的幅值为1:2且同相时,分别产生的磁场B_x和B_y的强度在峰值处也是1:2的,因此磁场方向位于第一象限内,更精确来讲位于磁场B_y的方向的顺时针30°角的方向上;如图12C所示,电流Ix和电流Iy的幅值为1:2且反相时,分别产生的磁场B_x和B_y的强度在峰值处也是1:2的,因此磁场方向位于第二象限内,更精确来讲位于磁场B_y的方向的逆时针30°角的方向上。
[0121] 利用仿真软件可以获得不同的电流的幅值比例时的磁场分布情况,下面用几个示例具体表示合成磁场分布情况。图12D为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图一,图12E为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图二,图12F为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图三,图12G为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法一的磁场仿真图四。如图12D所示,电流Ix和Iy的幅值为1:1,表示电流同相位;如图12E所示,电流Ix和Iy的幅值为1:-1,表示电流反相位;如图12F所示,电流Ix和Iy的幅值为3:1,表示电流同相位;如图12G所示,电流Ix和Iy的幅值为3:-1,表示电流反相位。
[0122] 由此可见,通过调整两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位为同相,即可控制磁场方向在第一或第三象限内,调整两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位为反相,即可控制磁场方向在第二或第四象限内,再通过调整两个相互垂直的子线圈中通过的电流的幅值的比例或大小,即可将磁场方向控制在更精确的方向上。图10A至图12C是输电发送设备调整磁场方向的方法一的示意图,通过该方法可以精确的将磁场方向控制在平面角度范围甚至是立体空间内的任一方向上,在磁场方向上输电发送设备辐射的电磁波是最强的,相应的传输的电能也是最多的,因此,只要将该方向对准输电接收设备,电能的传输效率将会大大的提升。当输电接收设备有多个,例如所有的输电接收设备全都位于同一象限内,只需要实时的改变每一个子线圈中通过的电流的幅值的比例或大小,使磁场方向在该象限内不断的扫描,就可以实现对多个接收设备供电;还例如多个输电接收设备分布在不同象限内,则不但要实时的改变每一个子线圈中通过的电流的幅值的比例或大小,还要改变电流的相位差来实现对磁场方向在任意角度的控制。进一步的,在X轴、Y轴以及Z轴组成的立体空间范围内,可以认为是先在X轴和Y轴的平面角度范围内控制磁场方向,再结合Z轴控制最终的磁场方向,即分两步在两个平面角度范围内控制磁场方向。 [0123] 方法二
[0124] 图13A为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图一,图13B为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图二,图13C为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图三,图13D 为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图四,图13E为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图五,图13F为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的相位示意图六。图13A~图13F结合起来看,在一个周期内,随着时间变化,两个电流的相位和幅值在不断变化着,当两个相互垂直的子线圈中通过的电流存在相位差时磁场方向也会随之不断改变。当电流的相位差小于90°时,由于a~b和c~d时间长度较大,即电流同相位的时间较长,所以磁场方向主要集中一三象限,且存在最大值;当电流的相位差等于90°或270°时,a~b、b~c以及c~d时间长度是一样的,即电流同相位和反相位的时间是相等的,所以磁场方向在四个象限内的时间长度相等,且最大值相等;当电流的相位差大于90°且小于270°时,电流反相位的时间较长,所以磁场方向主要集中二四象限,且存在最大值。图13A至图13F是输电发送设备调整磁场方向的方法二的示意图,通过控制两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位差为除0°或180°以外的任一平面角度范围,即可将磁场方向较长时间地控制在预期的象限内,那么输电接收设备只要位于该象限内即可接收到较大的功率。当输电接收设备有多个时,例如所有的输电接收设备全都位于第一象限内,可以控制两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位差在0°~90°之间,电流的相位变化如图13A所示,磁场方向大多数时间是位于第一三象限的,即可满足电能传输需求;若输电接收设备分布在四个象限内,只需要控制两个相互垂直的子线圈中通过的电流的相位差为90°或270°,电流的相位变化如图13B或图13E所示,磁场方向在四个象限内的时间长度相等,即可对各个象限内的输电接收设备均与的传输电能。进一步的,在X轴、Y轴以及Z轴组成的立体空间范围内,可以认为是先在X轴和Y轴的平面角度范围内控制磁场方向,再结合Z轴控制最终的磁场方向,即分两步在两个平面角度范围内控制磁场方向。
[0125] 利用仿真软件可以获得不同的电流的幅值比例时的磁场分布情况,下面用几个示例具体表示合成磁场分布情况。图13G为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图一,图13H为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图二,图13I为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图三,图13J为本发明输电发送设备调整磁场方向的方法二的磁场仿真图四。如图13G所示,电流Ix和Iy的相位差为45°,时间在 0.001秒;如图13H所示,电流Ix和Iy的相位差为45°,时间在0.004秒;
如图13I所示,电流Ix和Iy的相位差为90°,时间在0.001秒;如图13J所示,电流Ix和Iy的相位差为90°,时间在0.009秒。
[0126] 由此可见,输电发送设备10通过调整相互垂直的子线圈电流幅值的比例和相位差,即可将磁场方向控制在平面角度360°范围,甚至是立体方位的任一方向上,进一步的,只要将磁场方向调整在最优磁场方向上,那么输电接收设备即可在该方向上获得最大电能接收功率,从而提高电能传输效率。
[0127] 进一步的,图14A为本发明输电发送设备实施例一的子线圈的结构示意图一,图14B为本发明输电发送设备实施例一的子线圈的结构示意图二,图14A和图14B分别表示至少两个相互垂直的子线圈中每一个子线圈的两种结构示意图。如图14A所示,子线圈为发射子线圈52,与输电电路51连接,并且在连接线路上设有电容53,发射子线圈52为多线圈,电流强度和线圈的匝数成正比,电流越大产生的磁场越强,电容53与发射子线圈52共同作用引起磁场共振;如图14B所示,子线圈可以是由两个部分组成的,分别是激励子线圈
63和发射子线圈62,激励子线圈63与输电电路61连接,发射子线圈62与激励子线圈63对应,发射子线圈62上包括电容64,发射子线圈62和激励子线圈63之间通过电磁感应传递电能,发射子线圈62为多匝线圈,电流强度和线圈的匝数成正比,电流越大产生的磁场越强,图14B所示的线圈结构是为了保护输电电路不被较强的电流反噬。另外,相互垂直的子线圈可以是任意形状的线圈,其线圈匝数也可以是任一匝数,此处不做具体限定。 [0128] 图15为本发明输电发送方法实施例一的流程图,如图15所示,本实施例的方法可以包括:
[0129] 步骤101、接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
[0130] 本实施例的执行主体为输电发送设备。输电发送设备的通信单元与输电接收设备的通信单元通信,接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,前者为输电接收设备所需电能的功率值,后者为输电接收设备实际接收电能的功率值,输电发送设备通过上述两种功率值可以及时获知输 电接收设备的需求以及电能传输情况。 [0131] 步骤102、调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向为所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向; [0132] 本实施例中,输电发送设备调整向输电接收设备进行无线输电的磁场方向,目的是要在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备传输电能时,输电接收设备接收电能的功率最大,这正是无线输电中期望达到的效果。
[0133] 步骤103、调整输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0134] 本实施例中,输电发送设备在调整好磁场方向后,即可根据磁场共振原理,在该方向上向输电接收设备传输电能,输电发送设备可以根据需求功率信号中的输电接收设备所需电能的功率值调整输出功率,以使输电接收设备在最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值。
[0135] 本实施例,通过根据输电接收设备需求功率信号和实际接收功率信号,调整向输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以将磁场方向调整到最优磁场方向,即输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电时,输电接收设备实际接收电能的功率值最大,解决电能传输效率低的问题,并通过调整输出功率满足输电接收设备的电能需求。 [0136] 图16为本发明输电发送方法实施例二的流程图,如图16所示,本实施例的方法可以包括:
[0137] 步骤201、接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;
[0138] 本实施例中,接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号的过程与上述方法实施例的步骤101类似,此处不再赘述。
[0139] 步骤202、在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化;
[0140] 本实施例中,输电发送设备确定一个功率值为输出功率,该功率值可以是输电接收设备所需电能的功率值,还可以是其它功率值,此处不做具体限定。输电发送设备在输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整磁场方向,具体的实现方法如图11A至图13J所示,此处不再赘述,根据上述说法输电发送设备可以将磁场方向精确地以固定角度步进变化。
[0141] 步骤203、根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;
[0142] 本实施例中,输电发送设备在进行磁场方向步进变化的同时接收输电接收设备发送的实际接收电能的功率值,通过迭代比较获取步进变化过程中输电接收设备实际接收电能的最大功率值,该最大功率值对应的磁场方向即为最优磁场方向。
[0143] 步骤204、在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能; [0144] 本实施例中,输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电,此时输电接收设备实际接收电能的功率最大,电能在传输路径中的损耗最少,这正是无线输电中期望达到的效果。
[0145] 步骤205、调整输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值。
[0146] 本实施例中,调整输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所需电能的功率值的过程与上述方法实施例的步骤103类似,此处不再赘述。
[0147] 本实施例,通过根据输电接收设备需求功率信号和实际接收功率信号,调整向输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以迭代比较的方法将磁场方向调整到最优磁场方向,即输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电时,输电接收设备实际接收电能的功率值最大,解决电能传输效率低的问题,并通过调整输出功率满足输电接收设备的电能需求。
[0148] 进一步的,在图16所示的方法流程基础上,步骤202中在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化, 具体的实现方法可以包括:通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。
[0149] 本实施例中,输电发送设备通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整磁场方向,其中,电流的相位差可以确定磁场方向在二维象限或三维象限中所处的范围,例如,在二维象限中,相位差为0°表示同相,磁场方向位于第一三象限,180°表示反相,磁场方向位于第二四象限;电流幅值的比例可以确定磁场方向在其所处象限内的偏转角度,例如,电流幅值的比例为1:2,表示磁场方向的偏转角度为30°。由此即可精确地调整磁场方向,详细的实现原理和方法如图11A至图13J所示,此处不再赘述。
[0150] 进一步的,图17为本发明输电发送方法实施例三的流程图,如图17所示,图16所示的方法流程中的步骤203根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向,具体的实现方法可以包括:
[0151] 步骤301、获得所述输电接收设备在当前磁场方向的初始位置下的第一实际接收电能功率值;
[0152] 本实施例中,输电发送设备的可以将磁场方向的初始位置调整在任意方向上,这是由于在初始阶段,输电发送设备是不知道输电接收设备的位置的,因此在该阶段可以以任一方向作为初始磁场方向进行无线输电,此时输电发送设备接收的输电接收设备发送的实际接收功率信号包括的即为第一实际接收电能功率值。
[0153] 步骤302、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第二实际接收电能功率值;
[0154] 本实施例中,输电发送设备调整磁场方向以固定角度步进,并且获得在步进后的磁场方向下输电接收设备发送的实际接收功率信号包括的即为第二实际接收电能功率值。 [0155] 步骤303、比较所述第一实际接收电能功率值和第二实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
[0156] 步骤304、控制所述磁场方向以固定角度步进,获得步进后的磁场方向下的第三实际接收电能功率值;
[0157] 本实施例中,输电发送设备调整磁场方向以固定角度继续步进,并且获得再次步进后的磁场方向下输电接收设备发送的实际接收功率信号包括的即为第三实际接收电能功率值。
[0158] 步骤305、比较所述最大实际接收电能功率值和第三实际接收电能功率值,将二者中较大者作为最大实际接收电能功率值;
[0159] 本实施例中,将前两次步进输电接收设备实际接收电能功率值较大的功率值与第三实际接收电能功率值进行比较,获取三者中最大实际接收电能功率值。 [0160] 步骤306、重复上述步骤301-305直到所述磁场方向回到初始位置,并将所述步进过程中获得的最大实际接收电能功率值对应的磁场方向为最优磁场方向。 [0161] 本实施例,通过迭代比较磁场方向步进过程中输电接收设备实际接收电能功率值,获取最大实际接收电能功率值,并将该最大功率值对应的磁场方向为最优磁场方向,以使输电发送设备在最优磁场方向下向输电接收设备进行无线输电时,输电接收设备实际接收电能的功率值最大,解决电能传输效率低的问题,并通过调整输出功率满足输电接收设备的电能需求。
[0162] 图18为本发明输电发送装置实施例一的结构示意图,如图18所示,本实施例的装置可以包括:通信模块11、最优输电模块12以及电能传输模块13,其中,通信模块11,用于接收输电接收设备发送的需求功率信号和实际接收功率信号,所述需求功率信号包括所述输电接收设备所需电能的功率值,所述实际接收功率信号包括所述输电接收设备实际接收电能的功率值;最优输电模块12,用于调整向所述输电接收设备进行无线输电的磁场方向,以在最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能,所述最优磁场方向是指所述线圈的输出功率一定的情况下,所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向;电能传输模块13,用于调整所述线圈输出功率,以使所述输电接收设备在所述最优磁场方向下实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0163] 本实施例的装置,可以用于执行图15所示方法实施例的技术方案,其实 现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
[0164] 图19为本发明输电发送装置实施例二的结构示意图,如图19所示,本实施例的装置在图18所示装置结构的基础上,进一步地,最优输电模块12,可以包括:调整单元121、方向确定单元122以及输电单元123,其中,调整单元121,用于在所述线圈输出功率一定的情况下,通过调整两个或三个相互垂直的子线圈的电流幅值的比例以及相位差调整所述磁场方向,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化;方向确定单元122,用于根据在所述磁场方向步进变化过程中接收的所述实际接收电能的功率值,将所述输电接收设备实际接收电能的功率值最大时对应的磁场方向确定为所述最优磁场方向;输电单元123,用于在所述最优磁场方向下向所述输电接收设备传输电能并调整所述线圈的输出功率以使所述输电接收设备实际接收电能的功率值等于所述所需电能的功率值。
[0165] 进一步的,调整单元121,还可以具体用于:通过调整所述相位差调整所述磁场方向所位于的二维象限或三维象限的范围;通过调整所述电流幅值的比例调整所述磁场方向在所述范围内的偏转角度,以使所述磁场方向以固定的角度步进变化。 [0166] 本实施例的装置,可以用于执行图15或图16所示方法实施例的技术方案,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
[0167] 图20为本发明输电发送装置实施例三的结构示意图,如图20所示,本实施例的装置在图19所示装置结构的基础上,进一步地,方向确定单元122可以包括:循环步进单元21和比较确定单元22,其中,循环步进单元21,用于控制所述磁场方向以固定角度朝同一方向步进,直至回到初始位置;比较确定单元22,用于获得所述输电接收设备在步进前的实际接收电能功率值以及获得每次步进后获得的实际接收电能功率值,比较所有获得的实际接收电能功率值,将最大的实际接收电能功率值对应的磁场方向确定为最优磁场方向。 [0168] 本实施例的装置,可以用于执行图15~图17任一所示方法实施例的技术方案,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
[0169] 图21为本发明电能传输系统实施例的结构示意图,如图21所示,本实施例的系统可以包括:输电发送设备11和输电接收设备12,输电发送设备 11可以采用上述图1~图9、图14A以及图14B所示任一输电发送设备实施例的结构,输电发送设备11对输电接收设备12进行无线输电。输电接收设备12可以包括用于接收无线输电的输电接收电路21和接收线圈22,其中,接收线圈22包括信号发送单元221,信号发送单元221用于向输电发送设备11发送需求功率信号和实际接收功率信号;输电接收电路21用于接收输电发送设备
11通过无线输电的方式输送的电能。
[0170] 本实施例,通过输电发送设备向输电接收设备进行无线输电,实现了“隔空取电”,也使得电能在传输路径中的损耗减少到最小,提高电能传输效率。
[0171] 本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0172] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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