无线电能发射装置及其控制方法、计算机可读存储介质与流程

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线电能发射装置及其控制方法、计算机可读存储介质。

背景技术：

无线电能传输，又称无线电力传输或者非接触电能传输，是指通过特定的发射器将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)发射出去，再通过特定的接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。

根据能量传输过程中中继能量形式的不同，无线电能传输可分为：磁(场)耦合式、电(场)耦合式、电磁辐射式(如太阳辐射)、机械波耦合式(超声)。其中，磁耦合式是目前(21世纪初)研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，产生耦合电流，以此实现无线电能传输。

如今，越来越多的电子产品为人们的工作生活带来了极大的便捷，但传统的电力传输方式大多是通过导线或插座将电力传输到终端产品。随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的日益普及，人们希望能摆脱传统电力传输方式的束缚，解除纷乱电源线带来的困扰。由此，无线电力传输技术成为21世纪最值得期待的技术，无线传电产品成为人们关注的新焦点。

无线电力传输技术不产生辐射，其安全性已经通过fcc、ieee和ccc等标准认证，不仅不会产生危险，还避免了带电插拔、电源线短路等等可能的安全隐患。在确保安全性的前提下，无线供电方式将可以彻底解决房间布线凌乱、电器位置固定、插座破坏居室装修等等问题，给我们的生活带来更多便利和美观。更重要的是，无线供电节省了大量的线材，无论是橡胶、塑料抑或铜、锡等金属的消耗都将因此而大幅度减少，节约资源、减少污染，低碳环保。

但是，目前市面上的无线传电产品，尤其是低功率类产品，其有效传输距离非常受限，需要发射装置与无线电能接收装置贴合到一起才能进行电能传输。当无线电能接收装置一旦离开无线电能发射装置(超过3mm距离)，电能就停止传输。该种传电模式，无法真正意义做到无线(与无线路由器或wifi相比)，只能称为非接触式电能传输(contactlesspowertransfer)。与原来有线方式传输(传电范围为以插座为圆心，传输线为半径的球体)相比，目前无线传电产品(传电范围为无线传输发射装置一个点)反而丧失了很多原本具有的特点，而毫无优势。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种无线电能发射装置，旨在改变现有无线传输空间较小的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种无线电能发射装置的控制方法，所述无线电能发射装置包括三个平面线圈，所述三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置，所述无线电能发射装置的控制方法包括：

无线电能发射装置全方位发射预设的初始磁场强度的电磁信号；

检测所述电磁信号的磁场强度，当检测到所述电磁信号的磁场强度相对初始磁场强度发生变化时，获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置，将所述当前空间位置确定为所述无线电能接收装置的最终接收位置；

所述无线电能发射装置根据所述最终接收位置向所述无线电能接收装置传输预设大小的电磁信号。

可选地，所述当检测到所述电磁信号的磁场强度相对初始磁场强度发生变化时，获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置之后还包括：

确定检测到的所述电磁信号的磁场强度在预设时间内是否发生变化；

当不变时，执行“将所述当前空间位置确定为所述无线电能接收装置的最终接收位置”的动作；

当变化时，返回执行“获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置”的动作。

可选的，所述无线电能发射装置根据所述最终接收位置向所述无线电能接收装置传输预设大小的电磁信号的步骤之后还包括：

调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向，以跟踪所述无线电能发射装置与无线电能接收装置的最大电能传输功率。

可选地，所述预设时间为10-30毫秒。

可选地，所述调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向，以跟踪所述无线电能发射装置与无线电能接收装置的最大电能传输功率的步骤包括：

改变三个所述平面线圈的电流相位；

检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位；

根据三个所述平面线圈的电流大小和电流相位确定所述最终接收位置；

调节三个所述平面线圈的电流大小和电流相位，用以加强传输至所述最终接收位置的电磁信号的磁场强度，从而实现所述发射装置与接收装置的最大电能传输功率。

可选地，所述检测所述电磁信号的磁场强度具体为：

获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的空间位置距离；

检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位大小；

根据所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的空间位置距离以及检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位大小确定所述无线电能接收装置的磁场强度。

可选地，根据所述无线电能接收装置相对所述发射装置的空间位置距离确定所述无线电能接收装置的磁场强度具体包括：

根据所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的空间位置距离和第一预设公式确定无线电能接收装置的磁场强度；其中，所述第一预设公式为：

其中，ep代表无线电能接收装置磁场强度，μ0为中空介电常数，n为无线电能发射装置线圈匝数，l为无线电能接收装置到所述磁场传输空间原点的距离，ia、ib和ic为x、y、z三个方向的线圈中的电流强度，θa、θb和θc为x、y、z三个方向的线圈中的电流相位大小，ω为电流频率，θp为无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角，为无线电能接收装置与水平面投影夹角。

可选地，根据下述公式确定所述调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向，以跟踪所述无线电能发射装置与无线电能接收装置的最大电能传输功率的步骤后，所述无线电能接收装置的磁场强度：

其中，ep代表无线电能接收装置磁场强度，μ0为中空介电常数，n为无线电能发射装置的线圈匝数，l为无线电能接收装置到所述磁场传输空间原点的距离，ia、ib和ic为x、y、z三个方向的线圈中的电流强度，θd、θe和θf为调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向后x、y、z三个方向的线圈中的电流相位大小，ω为电流频率，θp为无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角，为无线电能接收装置与水平面投影夹角，θ1＝θe-θf，θ2＝θe-θd，θ3＝θf-θd。

此外，为了实现上述目的，本发明还提出一种无线电能发射装置，所述无线电能发射装置包括三个平面线圈、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的无线电能发射装置的控制程序，所述三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置，所述处理器执行所述无线电能发射装置的控制程序时实现如上所述的无线电能发射装置的控制方法。

此外，为了实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有无线电能发射装置的控制程序，该无线电能发射装置的控制程序被处理器执行时实现如上所述的无线电能发射装置的控制方法。

本发明通过将无线电能发射装置设置为三个平面线圈，所述三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构，在此结构基础上，开发新的控制方法。具体地，无线电能发射装置全方位发射预设的初始磁场强度的电磁信号，然后无线电能发射装置检测所述电磁信号的磁场强度。当无线电能发射装置检测到所述电磁信号的磁场强度相对初始磁场强度发生变化时，获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置，将所述当前空间位置确定为所述无线电能接收装置的最终接收位置。最后，所述无线电能发射装置根据所述最终接收位置向所述无线电能接收装置传输预设大小的电磁信号，如此利用无线电能发射装置的三维结构实现全方位发射，并对发出的信号进行实时的检测与调控，以此实现扩大无线传输空间的目的。

附图说明

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明无线电能发射装置的控制方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明无线电能发射装置的控制方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明无线电能发射装置的控制方法第三实施例的流程示意图；

图4为本发明无线电能发射装置的控制方法第四实施例的流程示意图；

图5为本发明无线电能发射装置的控制方法中所述接收装置相对所述发射装置的空间位置距离确定所述接收装置的磁场强度的结果示意图；

图6为本发明无线电能发射装置的结构示意图；

图7为本发明无线电能发射装置的骨架结构图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种无线电能发射装置的控制方法，用于各种无线充电场合，尤其适用于家用电器中。

参照图6和图7，所述无线电能发射装置包括三个平面线圈，所述三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置。

其中，因为无线电能发射装置的三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置，使得线圈通电后，形成了不同方向以及不同大小的各个感生磁场。感生磁场中具有多个方向上的磁场强度矢量，当这各个方向上的磁场强度矢量叠加时，形成了磁场强度的全方位发射，并且由于矢量叠加的原理，使得任意方向上的磁场强度均由多个方向上的磁场强度叠加而成，极大的增加了磁场强度传输距离。由此可以实现无线传输空间的扩大，以及无线传输距离的延长。其中，无线电能发射装置具体可以采用如图6和图7所示的结构，图7为绕制三个平面线圈的骨架102，所述骨架102包括三个平面骨架，线圈103的绕制方法如图6所示，线圈103绕置于骨架102上，从而构成无线电能发射装置。

基于上述结构，本发明提出一种无线电能发射装置的控制方法，在第一实施例中，参照图1，无线电能发射装置的控制方法包括：

步骤s10、无线电能发射装置全方位发射预设的初始磁场强度的电磁信号。

无线电能发射装置通过采用三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置的方法，可以实现全方位发射。另外，在预设初始磁场强度时，一般是以无线电能发射装置能承载的最大电流流过三个平面线圈所产生的感生磁场为预设的初始磁场长度。立体方向上的初始磁场长度经过叠加后可以传播更远的距离。基于上述结构全方位发射电磁信号时，预设的初始磁场强度也可以根据预置的对应关系来确定电流大小和传输空间大小的关系，从而根据实际需要来设置初始值，以节约能量。例如，当规定无线电能接收装置的范围在1米内时，我们可以发出一定大小的电流来形成预设磁场空间大小，或者是需要将无线电能接收的范围扩大，我们就可以通过改变无线电能发射装置中不同线圈的电流大小和电流相位来扩大或者缩小磁场空间。因此，初始磁场强度是可变可调的。

步骤s20、检测所述电磁信号的磁场强度，当检测到所述电磁信号的磁场强度相对初始磁场强度发生变化时，获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置，将所述当前空间位置确定为所述无线电能接收装置的最终接收位置。

上述步骤中，因为可以通过感生磁场使得无线电能发射装置和无线电能接收装置的电能传输成为可能。此时，我们可以通过高斯计直接测得无线电能接收装置的磁场强度。另外，还可以通过无线电能接收装置的感生磁场反馈的电流改变量大小以及电流相位的改变测得无线电能接收装置的磁场强度。同时，我们也可以利用无线电能接收装置接收到感生磁场时，无线电能接收装置再次在线圈中产生的感生电流的大小对无线电能接收装置的磁场大小进行检测。同时利用测距仪器测得无线电能接收装置相对无线电能发射装置的距离，根据下述公式确定无线电能接收装置的磁场强度，此时默认三个平面线圈分别位于x、y、z平面上：

其中，ep代表无线电能接收装置磁场强度，μ0为中空介电常数，n为无线电能发射装置线圈匝数，l为无线电能接收装置到所述磁场传输空间原点的距离，ia、ib和/c为x、y、z三个方向的线圈中的电流强度，θa、θb和θc为x、y、z三个方向的线圈中的电流相位大小，ω为电流频率，θp为无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角，为无线电能接收装置与水平面投影夹角。

此时，若是三个平面线圈偏离x、y、z平面时，在利用上述公式计算时，加入对应的修正系数即可，具体修正系数可以根据实验测得经验数据，在此处不在赘述。

步骤s30、所述无线电能发射装置根据所述最终接收位置向所述无线电能接收装置传输预设大小的电磁信号。

上述步骤中，在确定无线电能接收装置位置后，就可以向线圈中接入一定大小的电流，从而产生对应的磁场。具体的，电流与磁场的关系是可以依据现有的公式所得出的此处不再赘述。值得注意的是，此处要综合无线电能接收装置的额定功率大小来控制无线电能发射装置的电流大小和相位，相位用以控制磁场强度矢量叠加的大小和方向，尽量使得无线电能接收装置所处位置的磁场最强，无线电能接收装置之外的所有方向磁场强度最弱，以此实现传输磁场信号的精确控制，实现定向传输，从而可以实现更为精确的控制，减少无线电能传输过程中的电能浪费，从而提高无线电能传输效率。

进一步的，基于上述无线电能发射装置的控制方法的第一实施例，提出了无线电能发射装置的控制方法的第二实施例。

如图2所示，该实施例中，所述当检测到所述电磁信号的磁场强度相对初始磁场强度发生变化时，获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置之后还包括：

步骤s201、确定检测到的所述电磁信号的磁场强度在预设时间内是否发生变化。

此时，确认所述电磁信号的磁场强度是否发生变化的方法是将实时检测到的无线电能发射装置的电流大小和相位与前一时间所检测到的无线电能发射装置的电流大小和相位比对，若电流大小和相位均无变化，则判断所述电磁信号的磁场强度无变化。若电流大小和相位其中之一或者两者均有变化，则判断为所述电磁信号的磁场强度变化，再根据此时测得的无线电能发射装置的电流大小和相位计算出此时的电磁信号的磁场强度以及无线电能接收装置的位置。从而可以实现实时跟踪无线电能接收装置的位置。此处，可以将检测时间间隔设置为为10-30毫秒，即预设时间为10-30毫秒，因为流经线圈的电流为交变高频的电流，因此，无线电能发射装置检测电磁信号的磁场强度的速度大约为100次每秒，所以时间设置的10-30毫秒完全够用，此时设置检测时间可以保证测得的数据更为准确。

可选地，还可以多次改变无线电能发射装置的电流相位及大小，无线电能接收装置接收电磁信号后产生的感生磁场改变无线电能发射装置电流大小和相位，采集多组改变后的无线电能发射装置电流大小和相位，从而计算出多组无线电能接收装置的位置信息，以确定无线电能接收装置位置的准确性。

具体地，步骤s202、当无线电能接收装置的空间位置不变时，执行“将所述当前空间位置确定为所述无线电能接收装置的最终接收位置”的动作。

步骤s203、当无线电能接收装置的空间位置变化时，返回执行“获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的当前空间位置”的动作。

可选的，在第三实施例中，如图3所示，所述无线电能发射装置根据所述最终接收位置向所述无线电能接收装置传输预设大小的电磁信号的步骤之后还包括：

步骤s40、调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向，以跟踪所述无线电能发射装置与无线电能接收装置的最大电能传输功率。

在调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向，以跟踪所述无线电能发射装置与无线电能接收装置的最大电能传输功率的步骤包括：

改变三个所述平面线圈的电流相位；

检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位；

根据三个所述平面线圈的电流大小和电流相位确定所述最终接收位置；

调节三个所述平面线圈的电流大小和电流相位，用以加强传输至所述最终接收位置的电磁信号的磁场强度，从而实现所述发射装置与接收装置的最大电能传输功率。

此处根据无线电能接收装置的空间位置与额定功率大小调节无线电能发射装置中的平面线圈电流的大小和相位，从而改变无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向。并且，最大电能传输功率与无线电能接收装置的额定功率有关，当额定功率为6w-12w时，传输效率为65％-75％，当额定功率为12w-100w时，传输效率为75％-85％，当额定功率大于100w时，传输效率为85％-95％。

此时，利用无线电能接收装置接收到感生磁场中放入无线电能接收装置再次在线圈中产生的感生电流的大小对无线电能接收装置的磁场大小进行检测。同时利用测距仪器测得无线电能接收装置相对无线电能发射装置的距离，根据下述公式再次确定无线电能接收装置的磁场强度的空间位置，此时默认三个平面线圈分别位于x、y、z平面上：

其中，ep代表无线电能接收装置磁场强度，μ0为中空介电常数，n为无线电能发射装置的线圈匝数，l为无线电能接收装置到所述磁场传输空间原点的距离，ia、ib和ic为x、y、z三个方向的线圈中的电流强度，θd、θe和θf为调节无线电能发射装置发射的电磁信号的磁场强度和磁场发射方向后x、y、z三个方向的线圈中的电流相位大小，ω为电流频率，θp为无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角，为无线电能接收装置与水平面投影夹角，θ1＝θe-θf，θ2＝θe-θd，θ3＝θf-θd。

可选地，第四实施例中，如图4所示，所述检测所述电磁信号的磁场强度具体为：

步骤s204、获取所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的空间位置距离。

此处可利用现有测距仪器测得，也可以通过无线电能发射装置的电流大小及相位的改变量获取，为两者之间的距离，此处不再赘述。

步骤s205、检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位大小；

此时可以通过电流传感器或者各类电流采样电路实现，具体原理此处不再赘述。

步骤s206、根据所述无线电能接收装置相对所述无线电能发射装置的空间位置距离以及检测三个所述平面线圈的电流大小和电流相位大小确定所述无线电能接收装置的磁场强度。

其中，无线电能接收装置位于不同位置时磁场强度以及此处无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角具体关系可如图5所示，此处仅为方便理解所绘的示意图，实际的磁场强度及无线电能接收装置磁场矢量与最大磁场方向夹角的对应关系可为n对。

此外，为了实现上述目的，本发明还提出一种无线电能发射装置，所述无线电能发射装置包括三个平面线圈、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的无线电能发射装置的控制程序，所述三个平面线圈中的任意两个平面线圈相交而呈三维结构设置，所述处理器执行所述无线电能发射装置的控制程序时实现如上的无线电能发射装置的控制方法。

理所应当地，由于本实施例的无线电能发射装置采用了上述无线电能发射装置的控制方法的技术方案，因此该无线电能发射装置具有上述无线电能发射装置的控制方法所有的有益效果。

此外，为了实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有无线电能发射装置的控制程序，该无线电能发射装置的控制程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

理所应当地，由于本实施例的可读存储介质采用了上述存储有无线充电的通信控制程序的技术方案，因此该可读存储介质具有上述无线电能发射装置的控制方法所有的有益效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。