全方向无线电能传输电磁耦合系统仿真分析

谢文燕，陈 为

（福州大学电气工程与自动化学院，福州 350108）

无线电能传输 WPT（wireless power transfer）技术是基于电磁感应原理实现电能从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术，其具有可靠性高、灵活性好、维护费用低以及环境亲和力强等优点，近年来发展迅速[1-6]。经过一个多世纪的发展和研究，该技术硕果累累，特别地，“贴板式”的无线充电器已实现产品化，广泛应用于智能手机和平板电脑等消费类电子产品领域。然而“贴板式”无线充电要求设备紧贴于充电板，极大地限制了便捷性和用户体验。对于一些小型便携电子设备（如蓝牙耳机）和智能可穿戴设备（如智能手表）等，放置的位置、方向一般都是任意的，当接收线圈与发射线圈之间发生平移或旋转时，接收线圈拾取到的能量是有限的，有时甚至不能正常工作。因此，对全方向WPT技术进行研究具有十分重要的意义。

早在2003年，德国德累斯顿大学的O’Brien发表了2篇与WPT方向性相关的文章[7-8]。文献[7]研究在三维空间中发射侧旋转磁场的设计；文献[8]通过采用3个正交线圈绕制的接收线圈结构，实现三维空间中任意旋转角度下电能的无线传输，但没有分析接收线圈在不同旋转角度下电能的传输能力。文献[9-10]采用2个电流幅值可控的独立电源，控制两正交圆环形线圈产生在二维空间内的旋转磁场；文献[11]采用相位差为90°的电源驱动两正交圆环形线圈产生0°～360°全向周期旋转磁场。然而这些研究局限于在二维空间内产生全向……