磁耦合无线电能传输（WPT）技术摆脱了导线的束缚，从而使其十分适合用于对可移动电气设备的电能进行补给。而对于此类应用，发射线圈与接收线圈之间发生位置偏移或角度旋转不可避免。但传统无线电能传输技术通常仅允许能量单向传输，抗位置偏移或角度旋转能力弱。

为解决该问题，全方位无线电能传输技术应运而生，该技术是一种可使用电设备在一定空间区域内的任意位置和角度进行无线电能传输的新型技术，可有效弥补传统无线电能传输技术抗偏移能力弱、传输角度单一等缺点，具有良好的位置和角度适应性。目前，全方位无线电能传输技术已广泛应用于便携式消费电子设备、植入式医疗电子设备、工业应用、智能家居、物联网无线传感器、水下航行器等领域。

耦合机构是实现全方位无线传能的关键环节，大多全方位无线电能传输系统都采用多发射-单接收型耦合机构，要求发射机构具备三维全方位磁能发射能力。目前具有三维全方位磁能发射能力的发射机构有三正交线圈、碗形线圈、网状平面线圈和复合平面线圈等结构。这些发射机构都由多个发射线圈组成，若在多个发射线圈中激励相同的电流，产生的合成磁场方向是固定的，不能实现全方位无线传能。因此，合理的磁场方向调控方法是实现全方位无线传能的必要条件。

在磁场方向调控方面，旋转磁场和靶向磁场调控是实现全方位磁场的主要方式。旋转磁场是指磁场矢量以一固定频率旋转的磁场，其磁场方向随时间扫描并指向任意方向。靶向磁场是指磁场矢量指向接收线圈的磁场，其磁场方向跟随接收线圈方位改变而改变。采用旋转磁场方式实现全方位无线传能具有无需检测接收线圈的方位，也无需复杂的计算，实时性高、实现方式简单等优点。但该方式存在磁场泄露大、传能效率低等问题。

相比之下，采用靶向传能方式可使发射机构产生的合成磁场矢量指向接收线圈，有效减小耦合机构的漏磁并提升效率。对于靶向传能方式，虽然已有一些文献阐述了通过调控激励电流幅值和相位以实现靶向无线传能的方法，但目前缺乏有效识别接收线圈的方位并调控激励电流的方法。

针对传统无线电能传输系统中发射线圈与接收线圈发生位置或角度偏移时系统输出能效急剧下降的问题，重庆邮电大学的冯天旭、史可等，提出靶向传能式全方位无线电能传输系统，可使接收线圈处于任意方位时均能实现高效率全方位无线传能。

图1 复合平面线圈及其耦合机构示意图

研究者采用具备全方位磁能发射能力的复合平面线圈作为发射机构，基于三个独立逆变器及LCC谐振补偿网络建立系统模型，推导耦合机构效率与互感及移相角的关系。在此基础上，提出基于互感识别及移相角优化的全方位无线电能传输系统靶向传能方法，通过互感识别以间接判断出“靶”（即，接收线圈）的方位，通过移相角优化以获得靶向传能所需的激励电流。

图2 互感识别及移相角优化的流程

他们指出，所提出的基于互感识别及移相角优化的靶向传能方法可使耦合机构始终工作在最大效率状态，且该方法无需直接检测接收线圈姿态，也无需通信环节。实验结果表明，接收线圈在±60 mm范围内任意移动或者旋转时的系统直流-直流效率均大于80%，提出的靶向方法比传统的旋转方法的传能效率至少高10%。

图3 实验装置

研究者表示，本研究进一步丰富了全方位无线电能传输系统的理论体系，同时为促进全方位无线电能传输技术在消费电子设备、智能家居、植入式医疗电子设备、物联网无线传感器等领域的产业化和商业化应用提供理论指导及工程参考。另外，所提出的系统及方法对于智能手机、平板计算机等可移动电子设备多自由度无线充电的应用具有前景价值。

本工作成果发表在2023年第24期《电工技术学报》，论文标题为“基于互感识别及移相角优化的全方位无线电能传输系统靶向传能方法”。本课题得到国家自然科学基金和重庆市自然科学基金博士后科学基金的支持。