[发明专利]多中继无线能量及数据协同传输系统

权利要求书

1.多中继无线能量及数据协同传输系统，其特征在于，包括多级的能量传输线圈(1)和多级的数据传输线圈(2)；

所述多级的能量传输线圈(1)中第一个能量传输线圈(1)作为能量发射线圈，最后一个能量传输线圈(1)作为能量接收线圈，能量发射线圈和能量接收线圈之间的能量传输线圈(1)作为能量中继线圈；且能量发射线圈与能量中继线圈耦合，能量中继线圈与能量接收线圈耦合；

能量发射线圈与电源电气连接，用于将电源所提供的能量发射至能量中继线圈；

能量中继线圈，用于进行能量的无线中继传输；

能量接收线圈与负载电气连接，用于从能量中继线圈接收能量并提供给负载；

所述多级的数据传输线圈(2)中第一个数据传输线圈(2)作为数据发射线圈，最后一个数据传输线圈(2)作为数据接收线圈，数据发射线圈和数据接收线圈之间的数据传输线圈(2)作为数据中继线圈；且数据发射线圈与数据中继线圈耦合，数据中继线圈与数据接收线圈耦合；

数据发射线圈与调制电路电气连接，用于将调制电路所调制的数据信号发射至数据中继线圈；

数据中继线圈，用于进行数据信号的中继传输；

数据接收线圈与解调电路电气连接，用于从数据中继线圈接收数据信号供解调电路进行解调；

每个能量传输线圈(1)均包括两个平面螺旋线圈(1-1)和一个能量线圈隔离基板(1-2)；

所述两个平面螺旋线圈(1-1)分别固定在所述能量线圈隔离基板(1-2)的上表面和下表面，且所述两个平面螺旋线圈(1-1)以所述能量线圈隔离基板(1-2)为镜像对称；

当能量传输线圈(1)作为能量发射线圈时，一个平面螺旋线圈(1-1)的A1端与另一个平面螺旋线圈(1-1)的B2端之间电气连接电源；

当能量传输线圈(1)作为能量中继线圈时，一个平面螺旋线圈(1-1)的A1端与另一个平面螺旋线圈(1-1)的B2端电气连接；

当能量传输线圈(1)作为能量接收线圈时，一个平面螺旋线圈(1-1)的A1端与另一个平面螺旋线圈(1-1)的B2端之间电气连接负载；

其中，一个平面螺旋线圈(1-1)的A1端为远离该平面螺旋线圈(1-1)的中心的一端；另一个平面螺旋线圈(1-1)的B2端为靠近该平面螺旋线圈(1-1)的中心的一端；

平面螺旋线圈(1-1)满足如下约束；

其中，R_s为能量传输线圈(1)的高频电阻；n为平面螺旋线圈(1-1)的匝数；r_in为平面螺旋线圈(1-1)的内半径；w为平面螺旋线圈(1-1)的线宽；s为平面螺旋线圈(1-1)的线距；r₀为平面螺旋线圈(1-1)的设计外半径；L_s为能量传输线圈(1)的电感；C_s为考虑边缘效应的两个平面螺旋线圈(1-1)之间的电容；L₀为电感最小值，C₀为电容最小值。

2.根据权利要求1所述的多中继无线能量及数据协同传输系统，其特征在于，能量传输线圈(1)的电感通过下式得到：

其中，μ是铜的磁导率，所述铜为平面螺旋线圈(1-1)的材质；r_out＝r₀。

3.根据权利要求1所述的多中继无线能量及数据协同传输系统，其特征在于，考虑边缘效应的两个平面螺旋线圈(1-1)之间的电容C_s通过下式得到：

其中，n为平面螺旋线圈(1-1)的匝数、w为平面螺旋线圈(1-1)的线宽；ε为能量线圈隔离基板(1-2)的介电常数；t为单个平面螺旋线圈(1-1)的厚度；d为能量线圈隔离基板的厚度。