[发明专利]一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统

权利要求书

1.一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于：所述系统包括发射装置和至少2个接收装置；所述发射装置由依次相连的直流电源、全桥逆变器、发射侧谐振电容模块、发射线圈、电流采样电路、过零比较器和驱动器组成，所述驱动器与全桥逆变器相连，其中，所述发射侧谐振电容模块包括发射侧开关控制器、发射侧通信模块和至少2条并联的开关电容支路，所述开关电容支路的数量与接收装置的数量一致，每条开关电容支路均由一个发射侧开关和一个发射侧谐振电容串联而成，所述发射侧开关控制器分别与发射侧通信模块和并联的开关电容支路相连，控制每个发射侧开关的开通与关断；每个接收装置均由串联在一起的接收线圈、接收侧谐振电容模块和负载组成，其中，所述接收侧谐振电容模块包括依次相连的接收侧谐振电容、接收侧开关、接收侧开关控制器和接收侧通信模块，所述接收侧开关控制器控制接收侧开关的开通与关断；所述接收侧通信模块向发射侧通信模块发送负载接入情况及接入负载的电量需求信息，所述发射侧开关控制器根据发射侧通信模块接收到的信息，控制发射侧开关的开通与关断及其工作时间，且任一时刻只有一个发射侧开关处于开通状态。

2.根据权利要求1所述的一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈的形状和大小一样。

3.根据权利要求1所述的一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于：所述接收装置具有不同的固有谐振频率，即各不相同，式中，f_i0为固有谐振频率，L_i为接收线圈的电感值，C_Li为接收侧谐振电容值，i＝1,2,……,n。

4.根据权利要求1所述的一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于：所述全桥逆变器的输出电压与发射侧回路电流相位相差180°，满足V_in＝-R_NI_in，等效为一个阻值为-R_N的电阻，且由于采用电流采样电路及过零比较器产生全桥逆变器的驱动信号的方式，-R_N能够自动调节，式中，V_in为全桥逆变器的输出电压，I_in为发射侧回路电流。

5.根据权利要求1所述的一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于，所述系统需要满足以下条件：

式中，ω_Ti、ω_i0分别为选择第i个发射侧谐振电容时的固有谐振角频率、第i个接收装置的固有谐振角频率，且L_T和C_i分别为发射线圈电感值和发射侧谐振电容值，L_i和C_Li分别为第i个接收装置的接收线圈电感值和接收侧谐振电容值；-R_N和r_T分别为直流电源V_dc经全桥逆变器变换后的等效电阻值和发射侧回路等效内阻；R_Li和r_Li分别为第i个接收装置的负载电阻值和接收侧回路等效内阻；k_i为第i个接收装置的接收线圈与发射线圈的耦合系数，且其中M_i为接收线圈与发射线圈的互感值，i＝1,2,……,n。

6.根据权利要求1或3或5所述的一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，其特征在于，定义第i个接收装置的临界耦合系数k_ci为：当第i个接收装置处于k_ci≤k_i＜1区域时，负载的工作频率f_i，即全桥逆变器的开关频率，能够随着耦合系数k_i变化而自动调整，且满足：

式中，ω_i0为第i个接收装置的固有谐振角频率，且L_i为第i个接收装置的接收线圈电感值；R_Li和r_Li分别为第i个接收装置的负载电阻值和接收侧回路等效内阻；k_i为第i个接收装置的接收线圈与发射线圈的耦合系数，且其中M_i为接收线圈与发射线圈的互感值，i＝1,2,……,n。