全方位無線電力傳輸發射器的電磁結構設計

呂江平，李亞光

（1.上海電力大學電氣工程學院，上海 200090；2.東北電力大學計算機學院，吉林 長春 132012）

無線電力傳輸技術（wireless powertransmis‐sion，WPT）作為一項突破性的技術在許多應用領域得到了廣泛的關注，對傳統的電力電纜傳輸技術的應用提出了挑戰[1]。WPT將電能通過電磁場傳遞給負載，而電源和負載之間沒有物理連接。這一特性使WPT能夠為在惡劣環境下工作的設備提供高穩定性，如電動牙刷、電動剃須刀、自動水下航行器（autonomous underwater vehicles，AU?Vs）、植入式醫療設備[2]等。特別是WPT由于接收器的移動性，解決了可穿戴設備、助聽器、移動設備等便攜設備頻繁充電的問題[3]。此外，還提出了各種方法來應用WPT為自動導向搬運車系統（automated guided vehicle system，AGVS）、電動汽車（electric vehicles，EVs）等大功率應用充電[4]。平面線圈結構簡單、使用方便，在WPT系統中，收發結構是決定功率傳輸能力的關鍵。然而，它們以固定的方向產生磁通量，從而限制了接收機的自由定位和移動性。此外，當接收機偏離設計時，功率傳輸效率大大降低[5-6]。

早期針對全向WPT系統的研究提出了由兩組方形線圈組成的發射機和由三個正交線圈組成的接收機[7-10]。這些發射機會產生一個旋轉磁場，將磁通量擴展到二維（2D）。然而，這些結構有一個限制，他們是高度敏感的垂直失調的接收器。文獻[11]提出了一種由三組方形線圈組成的發射機來實現真正的全向WPT。這個發射器產生一個三維（3D）磁場，這樣接收器就可以在大范圍內提供恒定的功率。文獻[12]提出了一種碗狀結構來實現均勻的全向磁場分布。發射機由纏繞在碗狀表面的三個線圈組成。……