[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

说明书

本发明公开了一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，包括发射装置和至少2个接收装置；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，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，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；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，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。本发明具有恒功率恒效率特性，系统空间自由度高、鲁棒性强，电路结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及无线输电的技术领域，尤其是指一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统。

背景技术

无线输电技术通过空气直接将电能传输到负载，无需导线或其它物理连接，具有输电灵活方便等优势，广泛应用于便携式电子设备、家用电器、电动汽车和植入式医疗电源等领域。长期以来，无线输电系统的供电对象大多以单个负载为主，只能进行“点对点”式的无线电能传输，系统的利用率低，空间自由度低，系统传输性能对负载位置变动敏感。随着具有无线接收电能功能的电气电子产品日益增加，单负载无线输电系统已经不能满足多台设备同时需要无线供电的要求。

多负载无线输电系统逐渐成为近年来的研究热点之一，其具有带负载数量多、实用性强等优点。近年来出现了不同形式的多负载无线输电系统，其中单输入多输出型多负载无线输电系统是研究较为广泛的一种。然而，现有的单输入多输出型多负载无线输电系统均采用感应式或谐振式无线输电原理，在负载位置或方向变化时，各负载的输出功率和传输效率发生明显变化，无法保持恒功率、恒效率输出，负载的轴向移动距离短、径向偏移范围小，空间自由度低。为了提高空间自由度，现有技术常采用增大发射线圈面积、采用立体型发射线圈或者增加额外的补偿电路，但同时带来系统体积过大、成本增加、控制复杂、可靠性降低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，使系统在一定的条件下实现恒功率恒效率输出，而与负载位置或方向无关，系统空间自由度高、鲁棒性强，且只采用单个发射线圈，电路结构简单，易于实现。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有恒功率恒效率特性的多负载无线输电系统，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。

进一步，所述发射线圈和接收线圈的形状和大小一样。

进一步，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。