[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

说明书

本发明提供了一种基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，包括：空间无线能量传输主装置和供能装置；其中，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；供电能源为供能装置提供能源输入，电力电子器件通过多能源供能控制器的控制将供电能源输入的直流电能转换成高频交流电能输出到输出线圈及第二耦合电容上，输出线圈和第二耦合电容对电力电子器件产生的高频谐波分量进行滤波。本发明通过多能源供能控制器控制供能装置实现同步、磁场强度管理、及优先级调度等方式运行，有效地解决了现有的全方位空间无线能量传输技术供能方式单一，无法满足系统的大型化和灵活性的问题。

技术领域

本发明涉及无线能量传输及控制领域，具体而言，涉及一种基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统。

背景技术

无线能量传输技术可以追溯到尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)时代，可惜当时的技术内容没有流传下来。在2009年左右，美国MIT(麻省理工学院)重新提出了基于磁场共振耦合的无线能量传输技术。随着无线能量传输技术的发展,目前的主流技术都是基于一个平面线圈和多个平行的平面线圈的一维方向的传输。随着时代的发展和人们需求的提高，空间多方向的无线能量传能技术正受到越来越多的关注。如x-y-z三方向平面线圈组合的三维线圈，具有控制复杂，传输效率低等缺点。近些年来，迪士尼研究(Disney Research)和王业勤、游凌等人分别都提出了高功率全方位的空间无线能量传输技术。

但是，现有的全方位空间无线能量传输技术都是采用单一电源供能方式，如果仅仅采用单一电源供能，由于单一电源的局限性，使得现有全方位的空间无线能量传输技术无法进一步大型化，高功率化，并且单一电源供能使得该系统丧失了灵活性，无法应对多个能源输入的要求，比如在新能源广泛发展的今天，太阳能、风能、潮汐能等多个能源同时供能显得无比重要。

因此，基于多能源供能的全方位空间无线能量传输装置及系统的技术问题，目前尚没有有效的解决方案。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，旨在解决现有的全方位空间无线能量传输技术供能方式单一，无法进一步大型化和高功率化，且缺乏灵活性，无法应对多个电源输入要求的技术问题。

本发明提出了一种基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统，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。

进一步地，上述基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统中，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。

进一步地，上述基于多能源耦合的空间全方位无线能量传输系统中，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，