本公开涉及无线供电，尤其涉及一种三维无线供电系统。
背景技术：
1、无线传感器网络已广泛用于危险预警、环境监测和目标跟踪等，是加速工、农业“无人值守、少人值班”，迈向智能化时代的重要技术手段。实际应用中，为提高信息感知的实时性、精确性和可靠性，传感器网络通常呈现出数量多，分布广，种类不一(温度、湿度、压力、电压、电流、振动等)的特点。其执行数据采集、计算、存储和发送所需的电能，可归纳总结为如下3种方式供给：(1)一次性“随行”电池，(2)环境能量收集(energy harvesting，比如太阳能、风能或温差等)和(3)无线供电(也称无线电能传输，wireless power transfer，wpt)技术。
2、不可否认的是，电池寿命较短，且维护成本高(远超传感器制造成本)。能量收集技术受环境影响大，即普适性和稳定性差，无法完全摈弃电池。三维无线供电技术的电能发送和接收端无直接电气和机械连接，可靠性高，环境适应能力强，已被证明是去电池化，并解决传感器供电难的有效途径，近些年得到了学术界和工业界的广泛关注。但现有三维无线供电技术，仅能为数个传感器负载提供可靠电能，且电能传输距离较短。
3、因此，如何为更多设备供电以及提供更长的电能传输距离成为现阶段亟待解决的技术问题之一。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本公开提供了一种三维无线供电系统，用以为更多设备供电以及提供更长的电能传输距离。
2、本公开提供了一种三维无线供电系统，包括发射线圈、接收线圈和中继线圈，所述发射线圈、所述接收线圈和所述中继线圈均为环状闭合线圈；
3、所述发射线圈包括第一子发射线圈、第二子发射线圈和第三子发射线圈，所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈均为圆形线圈，其圆心重合且两两正交；
4、所述中继线圈和所述接收线圈均位于所述发射线圈外围，所述接收线圈嵌套于中继线圈上；
5、所述中继线圈产生的磁场，同时与发射线圈的合成磁场和接收线圈产生的磁场耦合。
6、可选地，其中：
7、所述所述中继线圈包括环形骨架和螺旋线圈，所述螺旋线圈缠绕于所述环形骨架上；所述中继线圈包括径向磁场和轴向磁场。
8、可选地，其中：
9、包括至少两个所述中继线圈，每个所述中继线圈均对应多个所述接收线圈。
10、可选地，其中：
11、所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的驱动电流的电流相位角相差90°。
12、可选地，其中：
13、所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的等效电路均包括串联连接的发射侧电感、发射侧电阻和发射侧补偿电容；
14、所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的电压分别为ux、uy和uz；所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的电流分别为ix、iy和iz；所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的自感值分别为lx、ly、lz；所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈对应的所述发射侧补偿电容的电容值分别为cx、cy、cz；所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈对应的所述发射侧电阻的电阻值分别为rx、ry、rz；
15、所述中继线圈的等效电路包括串联连接的中继侧电感、中继侧补偿电容和中继侧电阻，所述中继侧电感的电感值为lrp，所述中继侧补偿电容的电容值为crp，所述中继侧电阻值为rrp；
16、所述接收线圈的等效电路包括串联连接的接收侧电感、接收侧补偿电容和接收侧电阻，所述接收侧电感的电感值为lrx，所述接收侧补偿电容的电容值为crx，所述接收侧电阻的电阻值为rl；
17、所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈与所述中继线圈之间的互感值分别为m1、m2和m3，所述中继线圈和所述接收线圈之间的互感值为mrx。
18、可选地，其中：
19、所述接收线圈的数量为1时，所述三维无线供电系统的等效电路的kvl状态方程为：
20、
21、其中：
22、irp表示所述中继线圈的电流，irx表示所述接收线圈的电流；
23、j表示虚数单位，ω表示系统工作角频率；
24、
25、
26、可选地，其中：
27、所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈、所述第三子发射线圈和所述接收线圈的电流分别为：
28、
29、
30、其中：
31、ux＝uy＝uz＝u；lx＝ly＝lz＝l；rx＝ry＝rz＝r；
32、为所述接收线圈折射到所述中继线圈的等效阻抗。
33、可选地，其中：
34、所述三维无线供电系统的传输效率和传输功率分别为：
35、
36、其中：
37、可选地，其中：
38、所述接收线圈的数量为n时，所述三维无线供电系统的等效电路的kvl状态方程为：
39、
40、其中，n≥2，n为整数；
41、irp表示所述中继线圈的电流，irx,1～irx,n分别表示n个所述接收线圈的电流，mrx,1～mrx,n分别表示所述中继线圈和n个所述接收线圈之间的互感值；
42、j表示虚数单位，ω表示系统工作角频率。
43、可选地，其中：
44、所述三维无线供电系统的传输效率和传输功率分别为：
45、
46、其中：
47、mrx,1＝mrx,2＝…＝mrx,n＝m′；
48、ux＝uy＝uz＝u；rx＝ry＝rz＝r；
49、
50、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
51、本公开提供了一种三维无线供电系统，包括发射线圈、接收线圈和中继线圈，发射线圈、接收线圈和中继线圈均为环状闭合线圈；发射线圈包括第一子发射线圈、第二子发射线圈和第三子发射线圈，第一子发射线圈、第二子发射线圈和第三子发射线圈均为圆形线圈，其圆心重合且两两正交；中继线圈和接收线圈均位于发射线圈外围，接收线圈嵌套于中继线圈上；中继线圈产生的磁场，同时与发射线圈的合成磁场和接收线圈产生的磁场耦合。本公开通过将发射线圈设置为三维正交结构，扩大了发射线圈产生的合成磁场的覆盖范围，从而有利于发射线圈和中继线圈发生磁场耦合；同时本公开通过设置中继线圈，使接收线圈嵌套于中继线圈上，有利于向更多的接收线圈供电，以及有利于延长电能传输距离，从而有利于为更多设备提供可靠电能，有利于三维无线供电系统增量扩容。
1.一种三维无线供电系统，其特征在于，包括发射线圈、接收线圈和中继线圈，所述发射线圈、所述接收线圈和所述中继线圈均为环状闭合线圈；
2.根据权利要求1所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述所述中继线圈包括环形骨架和螺旋线圈，所述螺旋线圈缠绕于所述环形骨架上；所述中继线圈包括径向磁场和轴向磁场。
3.根据权利要求1所述的三维无线供电系统，其特征在于，包括至少两个所述中继线圈，每个所述中继线圈均对应多个所述接收线圈。
4.根据权利要求1所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的驱动电流的电流相位角相差90°。
5.根据权利要求1所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈和所述第三子发射线圈的等效电路均包括串联连接的发射侧电感、发射侧电阻和发射侧补偿电容；
6.根据权利要求5所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述接收线圈的数量为1时，所述三维无线供电系统的等效电路的kvl状态方程为：
7.根据权利要求6所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述第一子发射线圈、所述第二子发射线圈、所述第三子发射线圈和所述接收线圈的电流分别为：
8.根据权利要求7所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述三维无线供电系统的传输效率和传输功率分别为：
9.根据权利要求5所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述接收线圈的数量为n时，所述三维无线供电系统的等效电路的kvl状态方程为：
10.根据权利要求9所述的三维无线供电系统，其特征在于，所述三维无线供电系统的传输效率和传输功率分别为：
