CN111786471A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明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。

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。

发明内容

为解决现有的空间全方位无线能量传输技术中的不足，本发明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；

2)提高所述中心骨架上流通的主电流i；

3)通过增加所述四周分立骨架的条数来加强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磁场分布的均匀程度；

4)通过四周分立骨架阻抗一致性设计来加强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磁场分布的均匀程度；

5)所述功率驱动器采用闭环控制的方式以控制所述中心骨架上流通的主电流i，以保证所述中心骨架上流通的主电流i的幅值为恒定值的运行方式；

6)所述接收线圈与配套电路采用所述的空间x-y-z三维接收线圈及与之配套的配套电路。

所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置包含的四周分立骨架和中心骨架的设计与中国古代的灯笼结构相似；灯笼也包含四周的支撑结构和中心的蜡烛。并且本装置实现了在空间上的全方位无线能量传输，因此将本装置命名为“基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置”。

本申请与现有技术中的不同：

(1)与现有的基于平面线圈的单方向或者多方向的无线能量传能技术相比，本申请实现了全方位的空间无线能量传输。

(2)与现有的基于全密闭外围空间的空间无线能量传输技术相比，本申请采用分立的外围骨架结构代替全密闭外围空间设计。这种分立外围骨架结构的设计思路来源于中国古代的灯笼结构。通过分立的外围骨架设计，极大的降低了所述基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的设计成本，并且极大增加了该装置实现的可行性。这种分立外围骨架结构能够方便的应用到多个应用场合。

(3)与现有的基于全密闭外围空间的空间无线能量传输技术相比，本申请通过上下电气接口实现了并联或者串联耦合电容的外置，这样可以进一步降低本装置的复杂性，并且实现了耦合电容串联或者并联的灵活配置。而现有技术中的空间全方位的无线能量传输技术方案，是将耦合电容直接串联到中心骨架上，导致中心骨架设计的复杂化。

(4)与现有的基于全密闭外围空间的空间无线能量传输技术相比，本申请通过上下电气接口实现了功率驱动器的直接供能，进一步简化了系统设计，增加了系统效率。而现有技术中提出的空间全方位的无线能量传输技术方案需要另外一套独立的功率驱动器装置给空间全方位无线能量传输装置供能。

(5)与现有的基于全密闭外围空间的空间无线能量传输技术相比，由于现有技术中采用独立的功率驱动器装置功能，不能很好的测量与控制中心骨架上的电流，可能无法达到在不同负载下的高效率、高可靠性的运行。而本申请采用功率驱动器的直接供能，可以一直监测和控制中心骨架上的电流，可以实现不同负载下的高效率、高可靠性的运行。

本申请所达到的有益效果：

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。

附图说明

图1为本申请实施例的一种基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统结构示意图；

图2为本申请实施例的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的上下电气接口示意图；

图3为本申请实施例的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置工作状态下电流和磁场的分布示意图；(a)为基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的纵切面示意图，(b)为基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输装置的横切面示意图；

图4为本申请实施例的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统的接受线圈示意图；(a)平面接受线圈示意图，(b)x-y-z空间三维接收线圈示意图；

图5为本申请实施例的基于灯笼结构的空间全方位无线能量传输系统设计的一个方形展示区应用；

其中，1-中心骨架，2-四周分立骨架，3-上下电气接口，4-接收线圈与配套电路，5-并联或者串联耦合电容，6-功率驱动器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

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，如图1所示，包含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6、并联或者串联耦合电容5、接收线圈与配套电路4。

其中所述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1、四周分立骨架2、上下电气接口3；

所述中心骨架1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2以中心对称的方式分布在中心骨架1周围，并且四周分立骨架2的两端分别汇聚连接到中心骨架1的两端；所述上下电气接口3在所述中心骨架1上，使得中心骨架1在电气上上下部分断开。

所述中心骨架1为导电体，用以流通主电流；

所述四周分立骨架2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3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2可以采用均匀分布的方式，并且每条四周分立骨架2之间间隔

角度数,其中n为四周分立骨架2的条数，n可以为奇数也可以为偶数。所述n条四周分立骨架2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n条四周分立骨架2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2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1和四周分立骨架2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2的电气连接；并且在中心骨架1和四周分立骨架2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1的上下电气接口3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1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3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3的电气间距，这样对所述中心骨架1形成磁场的影响很小；所述上下电气接口3放置在中心骨架1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6、并联或者串联耦合电容5、接收线圈与配套电路4；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6、并联或者串联耦合电容5、接收线圈与配套电路4。

所述功率驱动器6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6可以采用开环的控制方式，也可以采用针对所述中心骨架1的主电流幅值的闭环控制方式。该功率驱动器6可沿用现有的无线能量传输技术的功率驱动器6；

所述并联或者串联耦合电容5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，并且通过所述并联或者串联耦合电容5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6产生激励电源的交流工作频率；该并联或者串联耦合电容5可沿用现有的无线能量传输技术的并联或者串联耦合电容5；

所述接收线圈与配套电路4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4，为单个负载或者多个负载提供电能。

所述四周分立骨架2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1和四周分立骨架2均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2的电气连接；并且在中心骨架1和四周分立骨架2的外层可以增加塑料套、橡胶套或者皮革套等绝缘材料进行绝缘处理。

如图2所示，所述上下电气接口3在电气上使所述中心骨架1上下部分断开，中心骨架1的上下部分可以分别通过导线引出，用以连接外部的外部供电装置(包含功率驱动器6与并联或串联耦合电容5等)；在所述中心骨架1上，可以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1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3可以采用空气绝缘，其电气间距可通过空气的绝缘强度和工作电压来计；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3的电气间距，这样对所述中心骨架1周围产生磁场的影响很小；所述上下电气接口3可以放置在中心骨架1的任何一个位置，包括中间、顶部、底部及其他任意位置。所述上下电气接口3与所述功率驱动器6和所述并联或串联耦合电容5之间的连接线采用双绞线的方式；该双绞线可以通过中心骨架1内部(针对空心的中心骨架1)或者通过贴合中心骨架1(针对实心的中心骨架1)引出。

所述功率驱动器6产生交流激励电源，通过并联或者串联耦合电容5，进一步通过上下电气接口3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6通过并联或者串联耦合电容5提供的电流即为所述中心骨架1上流通的主电流。

所述中心骨架1上流通的电流为主电流i，所述四周分立骨架2上流通的电流为分布式电流，其中所述四周分立骨架2上流通的分布式电流的总和为主电流i。

如图3所示，如果每条四周分立骨架2采用一致的设计，每条四周分立骨架2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1的交变磁场；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。

所述每条四周分立骨架2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。

无论是采用结构一致的四周分立骨架2，还是结构上不一致的四周分立骨架2；通过中心骨架1和四周分立骨架2的磁场固定作用，所述交变磁场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。

将单个或多个所述接收线圈与配套电路4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4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。

如图4所示，所述接收线圈与配套电路4的接收线圈可以采用现有的平面接受线圈技术，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1，或者错开较小的角度，以起到很好磁场接受效果。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。

如图4所示，所述接收线圈与配套电路4的接收线圈还可以采用现有的空间x-y-z三维线圈结合的技术方案，所述空间三维接收线圈可以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。

所述平面接受线圈和所述空间x-y-z三维接收线圈的配套电路均可沿用现有的无线能量传输技术的接收线圈相应的配套电路。

所述上下电气接口3与所述功率驱动器6和并联或者串联耦合电容5之间的连接线采用双绞线的方式；如针对空心的中心骨架1，则通过所述中心骨架1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1，则通过贴合所述中心骨架1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6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5需要做相应的调整以满足所述谐振频率工作点等于或者接近于所述功率驱动器6产生激励电源的交流工作频率；

2)提高所述中心骨架1上流通的主电流i；

3)通过增加所述四周分立骨架2的条数来加强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磁场分布的均匀程度；

4)通过四周分立骨架2的一致性设计(阻抗一致性)来加强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磁场分布的均匀程度；

5)功率驱动器6可以采用闭环控制的方式以控制所述中心骨架1上流通的主电流，以保证所述中心骨架1上流通的主电流i的幅值为恒定值的运行方式；

6)所述接收线圈与配套电路4采用所述空间x-y-z三维接收线圈及与之配套的配套电路。

一个基于本发明的空间全方位无线能量传输技术的在一个方形展示区的应用举例：

一个方形的展示区如图5所示。其中黑色粗线为中心骨架1，四周分立的黑细实线为四周分立骨架2。中心骨架1和8条四周分立骨架2都可以采用空心铜管的方式，并且在交汇处进行焊接处理。在中心骨架1和四周分立骨架2的外层可以增加塑料套进行绝缘处理。虚线部分为绝缘的支撑结构。

其中耦合电容5采用串联耦合电容的方式，功率驱动6采用电流型驱动方式用以控制流经中心骨架1的电流。功率驱动6的电流频率可以选择所述装置的电感与耦合电容形成的谐振点。功率驱动6和串联耦合电容5通过上下电气接口3经过中心骨架1内部的双绞线给中心骨架1提供交流电能。这样在8条四周分立骨架2上也会自动形成交变的电流。中心骨架1和四周分立骨架2上交变电流则会在整个展示区内部产生交变的磁场。这样就实现了给整个展示区提供无线能量。通过相应的接受线圈与配套电路就能够接受无线能量给负载供电。

在展示区内部，可以放置但不仅限于以下负载，通过相应的接受线圈与配套电路接受无线能量，并且进行无线能量传输功能展示，比如显示设备：液晶显示设备、LED显示设备、穿戴显示设备等；灯光设备：LED灯、彩灯等；通讯与网络设备：智能手机、平板电脑、手提电脑等；机械设备：机器人、无人机飞行器、电动车等。所有的这些设备都能够实时的接受无线能量，并且实时的运行与工作。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

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；所述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，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；若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；

或者所述四周分立骨架在结构上采用不一致的设计，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，并且该交变磁场充斥于整个装置的内部。

9.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：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，并为负载供电；

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的内部的任意一处位置。

10.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：若所述接收线圈采用平面接受线圈技术，则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；

若所述接收线圈采用空间x-y-z三维线圈结合的技术，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。

11.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；若针对空心的中心骨架，该双绞线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；若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。

12.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：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；

2)提高所述中心骨架上流通的主电流i；

3)通过增加所述四周分立骨架的条数来加强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磁场分布的均匀程度；

4)通过所述四周分立骨架阻抗一致性设计来加强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磁场分布的均匀程度；

5)所述功率驱动器采用闭环控制的方式以控制所述中心骨架上流通的主电流i，以保证所述中心骨架上流通的主电流i的幅值为恒定值的运行方式；

6)所述接受线圈采用所述空间三维接收线圈。

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