[发明专利]一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统及方法

权利要求书

1.一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统，其特征在于，包括电源电路、时钟控制及栅极驱动电路、第一逆变电路、第二逆变电路、无线能量耦合电路和AC-DC转换电路；

所述电源电路的输出端分别与第一逆变电路和第二逆变电路的电源输入端连接，提供稳定的直流电压；

所述时钟控制及栅极驱动电路有两个输出端，两个输出端分别与第一逆变电路及第二逆变电路的信号输入端连接，输出栅极控制信号；

所述第一逆变电路的第一输出端及第二输出端分别与无线能量耦合电路第一输入端及第二输入端连接，并将电源输出的直流电压转换为交流电压，为无线能量耦合电路提供发射功率；

所述第二逆变电路的第一输出端及第二输出端分别与无线能量耦合电路第三输入端及第四输入端连接；

所述无线能量耦合电路的第一输出端和第二输出端分别与AC-DC转换电路的第一及第二输入端连接；

所述AC-DC转换电路的输出端连接负载；

所述矢量叠加，具体为：第一逆变电路及第二逆变电路在时钟控制及栅极驱动电路控制下，产生不同相位的功率信号，并输入无线能量耦合电路，功率信号在无线能量耦合电路产生不同相位的耦合磁场及耦合电场，并且耦合磁场及耦合电场的能量以矢量叠加方式被吸收，实现了双能量链路的功率矢量叠加。

2.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述无线能量耦合电路包括初级耦合电路和次级耦合电路。

3.根据权利要求2所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述初级耦合电路包括初级发射线圈和初级耦合电容极板；

所述初级发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈；

所述初级耦合电容极板包括第一极板、第二极板及第三极板，所述第一发射线圈的一端作为无线能量耦合电路的第二输入端，另一端与第一极板连接，所述第二发射线圈一端作为无线能量耦合电路第三输入端，另一端与第二极板连接；

所述第三极板的一端为无线耦合电路的第一输入端，另一端为无线耦合电路的第四输入端。

4.根据权利要求3所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述次级耦合电路包括次级接收线圈和次级耦合电容极板；

所述次级耦合电容极板包括第四极板及第五极板，第四极板与次级接收线圈的一端连接作为无线能量耦合电路的第一输出端；所述第五极板与次级接收线圈的另一端连接作为无线能量耦合电路的第二输出端。

5.根据权利要求4所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述的第一极板、第二极板分别和第四极板形成耦合电容，所述的第三极板和第五极板形成耦合电容，并利用电场耦合进行能量传输；

所述第一极板和第三极板之间的电容、第二极板和第三极板之间的电容、第四极板和第五极板之间的电容，分别与第一发射线圈、第二发射线圈和次级接收线圈构成原边和副边的谐振电路。

6.根据权利要求2所述的无线能量传输系统，其特征在于，通过电场耦合和磁场耦合的方式将能量从初级耦合电路传输到次级耦合电路。

7.一种应用于如权利要求4所述的基于矢量功率叠加的无线能量传输系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

电源电路输出直流电路至第一逆变电路和第二逆变电路，第一及第二逆变电路接收时钟控制及栅极驱动电路的不同相位的栅极控制信号，产生不同相位的功率信号并输出无线能量耦合电路；

不同相位的功率信号在发射线圈和耦合电容产生不同相位的耦合磁场和耦合电场，耦合磁场和耦合电场的能量以矢量叠加的方式在次级接收线圈和次级耦合电容极板被接收，接收到的能量再通过AC-DC转换电路转换为直流电流输出负载。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述矢量叠加具体为：第一逆变电路、第一发射线圈和第一极板、第三极板构成第一发射电路；第二逆变电路、第二发射线圈和第二极板、第三极板构成第二发射电路；第一发射电路与第二发射电路由于时钟控制电路产生的不同相位的栅极控制信号而发射不同相位的耦合电场和磁场，并以矢量叠加的形式在次级接收线圈和次级耦合极板中被接收。