[发明专利]一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台

说明书

一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台，由交流电流源、发射线圈、LC多频调谐网络和多个不同工作频率的接收机组成；交流电流源可产生含有N个不同频率分量的交流电流；发射线圈采用赫姆霍兹线圈结构，由两个同轴放置且中心距离等于线圈半径的相同规格的线圈组成；LC多频调谐网络包括N个并联臂电容和N‑1个串联臂电感；接收机由接收线圈、调谐电容、负载构成；交流逆变电流源、发射线圈L₁、LC多频调谐网络相互串联组成源端发射部分；工作时接收机可放置于充电平台的任意位置。本发明结构简单，容易实施，可支持多个不同工作频率的无线电能接收机同时进行充电，各接收机之间相互隔离，互不干扰。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域。

背景技术

无线电能传输技术因其干净，方便，安全的优点而广受青睐。目前，无线电能传输技术领域已形成Qi、PMA、A4WP、SAE、PT61980等多个技术标准，然而遵循这些标准的无线电能传输系统通常工作在单一频率，且其工作频率并不统一，例如：Qi工作频段为110-205kHz、PMA工作频段为110-300kHz、A4WP工作频段为6.78Mhz±15kHz、SAE工作频段为81.38-90kHz。目前已有的单一工作频率的无线电能充电平台只能供与其工作频率相同的接收机进行充电，无法给多个不同工作频率的接收机充电。为了解决这一问题，文献“KimY,Ha D,Chappell W J,et al.Selective Wireless Power Transfer for Smart PowerDistribution in a Miniature-Sized Multiple-Receiver System[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2016,63(3):1853-1862”根据线圈的最大Q值和频率的关系以及最小频率干扰的原则选择出了三个最佳的工作频点，用分时段切换电源频率给三个负载供电的方式实现负载隔离和功率分配，但是不能同时给多个不同工作频率负载供电；文献“Beppu A,Katsura S.Analysis of dual-mode wireless power transferwith two frequencies[C].Industrial Electronics Society,IECON 2016-,Conferenceof the IEEE.IEEE,2016:4487-4492.”通过给接收机增加匹配线圈以满足不同频率的接收，但是也不能同时给多个不同工作频率负载供电；在文献“Zhong W,Hui S YR.Auxiliary Circuits for Power Flow Control in Multi-frequency Wireless PowerTransfer Systems With Multiple Receivers[J].IEEE Transactions on PowerElectronics,2015,30(10):5902-5910”中通过给接收机增加辅助电路，使得其能接收两个不同频率的电能，但是接收机上的充电负载彼此存在相互干扰；文献“李琳，李然.双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证[J].电工技术学报,2017,32(18):90-97.”提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输，根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路；文献“Wang Guoxing,Wang Peijun,Tang Yina,et al.Analysis of dual band power and data telemetryfor biomedical implants[J].IEEE Transactions on Biomedical Circuits andSystem,2012,6(3):208-2015.”在WPT系统中额外构建一套固有谐振频率不同于电能传输线圈的信号传输线圈，以实现两条独立的物理通道，由于系统包括两套独立的线圈，线圈间的交叉耦合将会带来两条物理通道之间的干扰，同时也不便于系统装置的小型化。文献“Kung M L,Lin K H.Enhanced analysis and design method of dual-band coilmodule for near-field wireless power transfer systems[J].IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques,2015,63(3):821-832.”中构建了具有两个固有谐振频率的单匝双频线圈，并实现了利用两个频段同时传输电能以提高效率，然而对于多个负载或接收机之间的相互干扰并未考虑。