[发明专利]基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统

权利要求书

1.一种基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于，包括：空间无线能量传输主装置和多个与所述空间无线能量传输主装置相配套的供能装置；其中，

所述空间无线能量传输主装置包括：中心骨架、四周分立骨架、上下电气接口以及第一耦合电容；其中，所述中心骨架设置在所述空间无线能量传输主装置的中心处，所述四周分立骨架以中心对称的方式分布在所述中心骨架周围、并且四周分立骨架的两端分别汇聚连接到中心骨架的两端，所述上下电气接口设置在所述中心骨架上、使得中心骨架在电气上上下部分断开，所述上下电气接口与所述第一耦合电容相连接为所述主装置提供串联耦合电容；

所述供能装置包括：供电能源、电力电子器件、磁场检测线圈、多能源供能控制器、输出线圈及第二耦合电容；其中，所述供电能源为每个所述供能装置提供能源输入，所述电力电子器件通过所述多能源供能控制器的控制将所述供电能源输入的直流电能转换成高频交流电能输出到所述输出线圈及所述第二耦合电容上，所述输出线圈和第二耦合电容对所述电力电子器件产生的高频谐波分量进行滤波，所述磁场检测线圈用于检测所述空间无线能量传输主装置内部的磁场强度、并反馈到所述多能源供能控制器中。

2.根据权利要求1所述的基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于，当所述供能装置开始运行时，在所述空间无线能量传输主装置中会产生围绕所述中心骨架的交变磁场，该交变磁场会在所述磁场检测线圈中产生交流感应电压，所述多能源供能控制器对该交流感应电压进行采样、并通过对电压幅值进行计算得到磁场强度信息。

3.根据权利要求1所述的基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于，所述多能源供能控制器的核心控制算法包括：同步控制、磁场强度控制、PWM输出调制以及优先级管理；其中，

所述同步控制用于保证每个所述供能装置都能够输出频率和相位一致的交流电流，防止各个所述供能装置产生的磁场之间相互抵消或者相互削弱；

所述磁场强度控制用于控制所述空间无线能量传输主装置内部的磁场强度，保证每个所述供能装置供能时的功率分配，确保每个所述供能装置能够协调工作，以防止功率较高的供能装置对功率较低的供能装置进行能量倒灌；

所述PWM输出调制用于根据所述同步控制得到的频率信息和相位信息以及所述磁场强度控制得到的输出电压幅值计算交流参考信号，并将所述交流参考信号转化成三电平或者多电平的PWM信号，以保证所述基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统采用较高频率的电压、电流和磁场的工作方式。

所述优先级管理用于管理供能装置的优先级顺序，以提高每个所述供能装置的利用率，增强系统效率。

4.根据权利要求3所述的基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于，所述同步控制可以采用有线同步、GPS时钟同步或者自建无线同步网络方式进行同步。

5.根据权利要求3所述的基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于，所述磁场强度控制采用基于下垂控制的磁场强度控制算法，所述算法表示如下：

V_i＝∫(H_ref-H-n_iP_i)dt

其中：V_i为输出的电压幅值；H_ref为磁场强度目标参考；H为多能源供能控制器通过磁场检测线圈检测到的所述空间无线能量传输主装置内部磁场强度；P_i为当前供能装置提供的功率，该功率可以通过输出线圈上的电压与电流进行计算；n_i为下垂系数，与供能装置的功率容量成反比关系；i＝1，2，...，n对应各个当前在运行的供能装置。