[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

说明书

本发明公开了一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统及方法，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；逆变电路将电流输出至无线能量耦合电路，以电场耦合和磁耦合的方式将能量传输到接收电路，并将接收到的两种相位不同的能量以矢量叠加的方式传输到AC‑DC转换电路，最终输出至负载。本发明通过无线能量耦合电路以电场耦合和磁耦合两种方式进行能量传输；并经由AC‑DC转换电路输出至负载，使得原边电路与副边电路的位置更加灵活，提高了整个系统的传输功率。

技术领域

本发明涉及无线传输领域，具体涉及一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统及方法。

背景技术

近年来，随着无线互联的需求不断提高，无线能量传输(WPT)技术逐渐成为国内外的研究热点。已有的WPT技术可分为近场传输技术和远场传输技术，其中近场传输技术主要包含磁耦合传输技术和电场耦合传输技术，且都属于非辐射能量传输方式；远场传输技术主要通过微波或者激光以辐射方式进行无线能量传输。前者由于其辐射性低，被广泛应用于生物医用植入式设备，为其提供一种安全、可靠、稳定的无线供能方式。

在实际应用中，磁耦合传输具有传输距离远和效率高等优势，而电场耦合传输弥补了耦合线圈位置不够灵活和易受金属物体干扰的缺点，因此采用磁耦合和电场耦合同时传输的方法会使系统兼具传输距离、效率、灵活性和抗干扰性等方面的优势。此外，传统的无线能量发射电路采用单一的发射源，导致发射功率较低。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统及方法，解决单一电场耦合或磁场耦合方式在功率、灵活性、抗干扰等方面的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种基于矢量功率叠加的无线能量传输系统，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。

所述无线能量耦合电路包括初级耦合电路和次级耦合电路。

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。

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。