一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置及系统制造方法及图纸

本申请公开了一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置及系统，其中该装置包括：中心骨架、四周分立骨架、上下电气接口；所述中心骨架设置在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的中心处；所述四周分立骨架以中心对称的形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；所述上下电气接口放置在所述中心骨架上，使得中心骨架的上部分和下部分在电气上断开，且与外部供电装置相连接为该无线能量传输装置供电。所述系统包括：所述无线能量传输装置、功率驱动器、并联或者串联耦合电容、接收线圈与配套电路。本申请提出了一种简单可行、传输效率高、成本低的空间全方位无线能量传输装置及系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置及系统
本专利技术属于无线能量传输领域，具体涉及一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置及系统。
技术介绍
无线能量传输技术可以追溯到尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)时代，可惜当时的
技术实现思路
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,目前主流的磁场形成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，虽然在其他方向上能有一定的冗余度，但是在传输位置上有很大的限制。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。目前绝大部分空间多方向的无线能量传能技术都是基于传统平面线圈方案在空间上的分布布置及复杂的相位控制或者顺序工作模式来实现空间磁场的建立，如x-y-z三方向平面线圈组合的三维发射线圈。但是这些方案具有控制复杂，传输效率低，无法覆盖整个工作空间等缺点。现有技术中，还有采用内部中心骨架加外部封闭导电结构的方案来实现空间磁场的建立，实现了高功率全方位的空间无线能量传输。该技术虽然能实现空间全方位的无线能量传输，但是由于采用全密闭的外围结构，所以存在可行差、成本高、难以大型化等缺点。基于一种简单可行、传输效率高、成本低的空间全方位无线能量传输装置的技术问题，目前尚没有有效的解决方案。
技术实现思路
为解决现有的空间全方位无线能量传输技术中的不足，本专利技术提出一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置及系统。其中，一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，包括：中心骨架、四周分立骨架、上下电气接口；所述中心骨架设置在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的中心处；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。所述中心骨架为导电体，用以流通主电流；所述四周分立骨架也为导电体，用以流通分布式电流，其上面流通的分布式电流总和为主电流；所述上下电气接口的上下部分分别通过导线引出，用以连接外部的外部供电装置。所述四周分立骨架在空间上采用均匀分布的方式，并且每条四周分立骨架之间间隔角度数,其中n为四周分立骨架的条数，n可以为奇数也可以为偶数。所述四周分立骨架也可以采用在空间上不均匀的分布方式，示具体的应用情况而定。所述四周分立骨架的条数应满足n≥3，以实现比较好的磁场稳定效果。所述四周分立骨架可以采用规则形状，如弧形或者矩形，也可以采用不规则的形状，示具体的应用情况而定。所述中心骨架和四周分立骨架均既可以采用空心导电体也可以采用实心导电体，并且在上下交汇处进行焊接处理或者压接处理以实现所述中心骨与所述四周分立骨架的电气连接；并且在中心骨架和四周分立骨架的外层增加塑料套、橡胶套或者皮革套等绝缘材料进行绝缘处理。在所述中心骨架的上下电气接口处，采用绝缘的机械连接结构或者一体化的绝缘机械结构，保证中心骨架在机械上能够起到对所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的支撑作用；所述上下电气接口的上下部分采用空气绝缘，其电气间距可通过空气的绝缘强度和工作电压来计算；或者通过增加高绝缘强度的绝缘材料的方式缩小所述上下电气接口的电气间距，这样对所述中心骨架形成磁场的影响很小；所述上下电气接口放置在中心骨架的任何一个位置，包括中间、顶部、底部及其他任意位置。一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统，包括所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置本身，还包括，功率驱动器、并联或者串联耦合电容、接收线圈与配套电路；后三个部分可以沿用现有的无线能量传输技术或方案的功率驱动器、并联或者串联耦合电容、接收线圈与配套电路。所述功率驱动器用以产生激励电源，为所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置提供交流电能；所述功率驱动器采用开环的控制方式，或者采用针对所述中心骨架的主电流幅值的闭环控制方式。所述并联或者串联耦合电容用于与所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的电感形成谐振频率工作点，通过所述并联或者串联耦合电容的电容值选择，以满足该谐振频率工作点等于或者接近于所述功率驱动器产生激励电源的交流工作频率。所述接收线圈与配套电路用于接收无线能量，为最终负载提供电能。在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的内部可以放置单个或者多个所述接收线圈与配套电路，为单个负载或者多个负载提供电能。所述功率驱动器产生交流激励电源，通过并联或者串联耦合电容，进一步通过上下电气接口为所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置提供交流电能；该功率驱动器通过并联或者串联耦合电容提供的电流即为所述中心骨架上流通的主电流。所述中心骨架上流通的电流为主电流i，所述四周分立骨架上流通的电流为分布式电流，其中所述四周分立骨架上流通的分布式电流的总和为主电流i；如每条四周分立骨架采用一致的设计，每条四周分立骨架上流通的电流为其中主电流和分布式电流均为交变电流。所述交变的主电流和交变的分布式电流在空间上会产生一圈圈围绕中心骨架的交变磁场；通过中心骨架和四周分立骨架的设计，所述交变磁场将充斥于整个所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的内部，因此实现了整个内部空间的全方位无线能量传输。所述每条四周分立骨架也可以在结构上采用不一致的设计，示具体的应用情况而定。同样的，所述交变的主电流和交变的分布式电流在空间上会产生围绕中心骨架的交变磁场，并且该交变磁场将充斥于整个装置的内部。将单个或多个所述接收线圈与配套电路放置于所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的内部；所述交变磁场将在所述接收线圈上感应出交变电压；该交变电压通过所述配套电路转换成负载所需要的电能为负载供电。所述接收线圈与配套电路放置于所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置内部的任意一处位置。所述接收线圈可以采用平面接受线圈技术，如平面的圆形结构、方形结构或者环行结构的接受线圈等；所述平面接受线圈要求接受线圈的工作平面正对于所述中心骨架，并且所述平面接受线圈接受磁场的能力随着错开角度的增加呈现递减趋势。所述接收线圈还可以采用空间x-y-z三维线圈结合的技术方案，则所述空间三维接收线圈能够自由的放置在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的内部。所述上下电气接口与所述功率驱动器和并联或者串联耦合电容之间的连接线采用双绞线的方式；如针对空心的中心骨架，则通过所述中心骨架内部引出所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置；或者如针对实心的中心骨架，则通过贴合所述中心骨架引出所述装置。在设计上，可以通过以下方法来增加所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统的效率：1)提高所述功率驱动器产生激励电源的交流工作频率，并且所述并联或者串联耦合电容需要做相应的调整以满足所述谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：包括，中心骨架、四周分立骨架、上下电气接口；/n所述中心骨架设置在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的中心处；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；所述上下电气接口在所述中心骨架上，使得中心骨架在电气上，上下部分断开；/n所述中心骨架为导电体，用以流通主电流；/n所述四周分立骨架也为导电体，用以流通分布式电流，其上面流通的分布式电流总和为主电流；/n所述上下电气接口，其上下部分分别通过导线引出，用以连接外部供电装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：包括，中心骨架、四周分立骨架、上下电气接口；
所述中心骨架设置在所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的中心处；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；
所述中心骨架为导电体，用以流通主电流；
所述四周分立骨架也为导电体，用以流通分布式电流，其上面流通的分布式电流总和为主电流；
所述上下电气接口，其上下部分分别通过导线引出，用以连接外部供电装置。


2.根据权利要求1所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：所述四周分立骨架在空间上采用均匀分布的方式，并且每条四周分立骨架之间间隔角度数,其中n为四周分立骨架的条数；n为奇数或者为偶数；
或者，所述四周分立骨架采用在空间上不均匀的分布方式。


3.根据权利要求1所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：所述四周分立骨架的条数应满足n≥3。


4.根据权利要求1所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：所述四周分立骨架采用规则形状，或者采用不规则的形状。


5.根据权利要求1所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：所述中心骨架和四周分立骨架采用空心导电体，或者采用实心导电体，并且在上下交汇处进行焊接处理或者压接处理以实现所述中心骨架与所述四周分立骨架的电气连接；
并且在中心骨架和四周分立骨架的外层增加绝缘材料进行绝缘处理。


6.根据权利要求1所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置，其特征在于：在所述中心骨架的上下电气接口处，采用绝缘的机械连接结构或者一体化的绝缘机械结构；
所述上下电气接口的上下部分采用空气绝缘，其电气间距可通过空气的绝缘强度和工作电压来计算；或者通过增加高绝缘强度的绝缘材料的方式来缩小所述上下电气接口的电气间距；
所述上下电气接口能够放置在中心骨架的任何一个位置，包括中间、顶部、底部及其他任意位置。


7.一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于：包括，所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置、功率驱动器、并联或者串联耦合电容、接收线圈与配套电路；
所述功率驱动器用以产生激励电源，为所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置提供交流电能；所述功率驱动器采用开环的控制方式，或者采用针对所述中心骨架的主电流幅值的闭环控制方式；
所述并联或者串联耦合电容用于与所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的电感形成谐振频率工作点，通过所述并联或者串联耦合电容的电容值选择，以满足该谐振频率工作点等于或者接近于所述功率驱动器产生激励电源的交流工作频率；
所述接收线圈与配套电路用于接收无线能量，为最终负载提供电能。


8.根据权利要求7所述的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统，其特征在于：所述功率驱动器产生交流激励电源，通过并联或者串联耦合电容，进一步通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王业勤，游凌，
申请(专利权)人：王业勤，游凌，
类型：发明
国别省市：北京;11