[实用新型]一种宽供电范围的模块化无线电能传输系统

权利要求书

1.一种宽供电范围的模块化无线电能传输系统，其特征在于，包括：发射端、导电平板和多个接收端；

所述发射端通过磁耦合谐振式无线电能传输的方式为接收端提供电能支持；所述多个功率发射线圈以矩形阵列形式排布于导电平板上方；

所述发射端包括：横轴直流电源模块、横轴电能处理模块、N个横轴发射端串联谐振电容、N个横轴功率发射线圈、纵轴直流电源模块、纵轴电能处理模块、N个纵轴发射端串联谐振电容、N个纵轴功率发射线圈；N≥1且N为整数；

所述N个横轴功率发射线圈以W行H列的横轴矩阵形式排布于所述导电平板上方，构成横轴功率发射线圈矩阵，N＝W*H；所述横轴矩阵每行中任意两个横轴功率发射线圈通过所述横轴发射端串联谐振电容连接；所述横轴矩阵第m(m∈[1,W-1])行中，若m为奇数则所述横轴矩阵第m行第H列的横轴功率发射线圈与所述横轴矩阵第(m+1)行第H列的横轴功率发射线圈通过所述横轴发射端串联谐振电容连接；若m为偶数则所述横轴矩阵第m行第1列的横轴功率发射线圈与所述横轴矩阵第(m+1)行第1列的横轴功率发射线圈通过所述横轴发射端串联谐振电容连接；

所述横轴直流电源模块与所述横轴电能处理模块连接；所述横轴电能处理模块与所述横轴矩阵第1行第1列的横轴功率发射线圈通过横轴发射端串联谐振电容连接；

所述N个纵轴功率发射线圈以W行H列的纵轴矩阵形式排布于所述导电平板上方，构成纵轴功率发射线圈矩阵，N＝W*H；所述纵轴矩阵每行中任意两个纵轴功率发射线圈通过所述纵轴发射端串联谐振电容连接；所述纵轴矩阵第m(m∈[1,W-1])行中，若m为奇数则所述纵轴矩阵第m行第H列的纵轴功率发射线圈与所述纵轴矩阵第(m+1)行第H列的纵轴功率发射线圈通过所述纵轴发射端串联谐振电容连接；若m为偶数则所述纵轴矩阵第m行第1列的纵轴功率发射线圈与所述纵轴矩阵第(m+1)行第1列的纵轴功率发射线圈通过所述纵轴发射端串联谐振电容连接；

所述纵轴直流电源模块与所述纵轴电能处理模块连接；所述纵轴电能处理模块与所述纵轴矩阵第1行第1列的纵轴功率发射线圈通过纵轴发射端串联谐振电容连接；

所述横轴矩阵第W行第H列的横轴功率发射线圈与所述纵轴矩阵第W行第H列的纵轴功率发射线圈构成所述发射端的功率发射线圈；

所述导电平板，可采用铝板金属导电材料、铁板金属导电材料，所述导电平板所占空间略大于横轴功率发射线圈矩阵和纵轴功率发射线圈矩阵所占空间，矩阵式模块化发射线圈，且导电平板几何中心、横轴功率发射线圈矩阵几何中心、横轴功率发射线圈矩阵几何中心完全重合，位于其背面一定距离处，以保证在不对所述功率发射线圈正面磁场造成影响的同时，大幅度屏蔽所述功率发射线圈背面磁场，从而保证无线电能传输系统的高效大功率运行；

所述接收端包括：功率接收线圈、接收端串联谐振电容、整流稳压模块；所述的功率接收线圈、接收端串联谐振电容、整流稳压模块依次连接；

所述功率接收线圈接收所述功率发射线圈发射的磁场；

所述多个接收端可分布于导电平板正面对应的米级三维空间范围内，所述功率接收线圈结构参数与所述功率发射线圈完全相同；所述横轴功率发射线圈矩阵和纵轴功率发射线圈矩阵均位于所述导电平板和所述功率接收线圈之间，所述横轴功率发射线圈、纵轴功率发射线圈和所述功率接收线圈均采用铜线绕制而成；所述横轴功率发射线圈几何中心所在平面和所述接收线圈中心的垂直距离在70cm以内；

所述串联谐振电容与其匹配的功率发射线圈串联，两者处于谐振状态，以保证无线电能传输系统能够获取最佳的接收功率和传输效率；

所述整流稳压模块，将接收的能量整流稳压成恒定的直流电向负载供电；

所述负载用于储存整流稳压模块输出的电能。

2.根据权利要求1所述的宽供电范围的模块化无线电能传输系统，其特征在于：

所述横轴直流电源模块为功率震荡模块提供横轴充电电压；

所述横轴电能处理模块对所述横轴直流电源模块输入的电能进行逆变处理，以高频交流电对所述横轴功率发射线圈进行激励，同时为所述横轴功率发射线圈提供两个相位差为的同频交流电流，且模块中的高频逆变电路始终保持零电压开关运行状态；

所述横轴功率发射线圈内部带有横轴铁氧体铁芯，以提高线圈聚磁能力，进而提高系统功率传输能力，所述横轴功率发射线圈的主要作用在于将电能以高频交变磁场的方式发射出去；

所述纵轴直流电源模块为功率震荡模块提供纵轴充电电压；

所述纵轴电能处理模块对所述纵轴直流电源模块输入的电能进行逆变处理，以高频交流电对所述纵轴功率发射线圈进行激励，同时为所述纵轴功率发射线圈提供两个相位差为的同频交流电流，且模块中的高频逆变电路始终保持零电压开关运行状态；

所述纵轴功率发射线圈内部带有纵轴铁氧体铁芯，以提高线圈聚磁能力，进而提高系统功率传输能力，所述纵轴功率发射线圈的主要作用在于将电能以高频交变磁场的方式发射出去；

所述铁氧体铁芯的切面可设计为矩形、圆形、六边形，以构成不同形状的无线充电区域；

所述横轴功率发射线圈和所述纵轴功率发射线圈分别通过导线连接成两个通路，均采用二维平面结构，同时紧密缠绕于同一铁氧体铁芯外部，缠绕方向互相垂直，且流经两种线圈的电流大小相等，相位相差保证发射磁场为分布均匀的、覆盖三维空间的正交旋转磁场。