[实用新型]基于PT对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统

说明书

本实用新型公开了一种基于PT对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统，包括发射装置和接收装置；发射装置包括负电阻和n个发射模块，负电阻和n个发射模块并联连接，为系统提供能量，每个发射模块均由串联连接的发射线圈、发射端谐振电容和发射线圈等效内阻组成；接收装置包括接收模块和负载，接收模块和负载串联连接，接收模块由串联连接的接收线圈、接收端谐振电容和接收线圈等效内阻组成。本实用新型在宇称‑时间对称区域内，实现了恒定的传输效率和输出功率，且有效降低了系统的临界耦合系数，即提高了系统的临界传输距离，并提高了系统输出功率的能力，对于大功率的应用场合，具有显著优势。

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输或无线输电的技术领域，尤其是指一种基于PT对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统。

背景技术

无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)，相比于传统的导线供电方式无电气连接，具有灵活便捷、安全可靠等优点。现有无线电能传输技术主要是基于电磁感应和磁共振原理，部分研究成果已应用于电子消费产品、植入式医疗设备、电动汽车充电等领域。但感应式无线电能传输技术传输距离短、效率低，磁共振无线电能传输技术存在频率分裂、谐振频率高、输出功率小、近距离甚至无法输出功率等问题。两者存在的瓶颈问题尚未解决，极大的限制了无线电能传输技术的实际应用。

1998年华盛顿大学的Bender.C.M教授创立了宇称-时间(PT)对称量子理论，该理论已被成功应用到光学、材料学等多个领域。近年来，研究学者将宇称-时间(PT)对称量子理论应用于无线电能传输领域，展现出了巨大的优势，但传统的基于宇称-时间对称原理的单发射线圈系统的临界传输距离未达到最优。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于PT对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统，在宇称-时间对称区域内，实现了恒定的传输效率和输出功率。相比于基于宇称-时间对称原理的单发射线圈的系统，本实用新型有效降低了系统的临界耦合系数，即提高了系统的临界传输距离，并提高了系统输出功率的能力，对于大功率的应用场合，具有显著优势。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：基于PT对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统，所述无线供电系统包括发射装置和接收装置；所述发射装置包括负电阻和n个发射模块，所述负电阻和n个发射模块并联连接，为系统提供能量，每个发射模块均由串联连接的发射线圈、发射端谐振电容和发射线圈等效内阻组成；所述接收装置包括接收模块和负载，所述接收模块和负载串联连接，所述接收模块由串联连接的接收线圈、接收端谐振电容和接收线圈等效内阻组成。

进一步，所述n个发射模块的发射线圈参数对称且与接收线圈之间的耦合程度相同，同时该n个发射模块的发射线圈相互之间完全解耦，即满足：

其中，和分别表示第i个发射线圈的电感值、等效内阻值以及与接收线圈之间的互感值，i＝1,2,3…n；表示第i个发射线圈和第j个发射线圈之间的互感值，i＝1,2,3…n,j＝1,2,3…n且i≠j，表示第i个发射线圈与接收线圈之间的互感值。

进一步，所述无线供电系统稳态运行满足宇称-时间对称条件：

其中，表示各个发射线圈回路的固有频率，表示接收线圈回路的固有频率；L_P为各个发射线圈的电感值，即L_S为接收线圈的电感值；C_P为各个发射端谐振电容值，即C_S为接收端谐振电容值；R_p为各个发射线圈等效内阻值，即R_S为接收线圈等效内阻值；-R_N为负电阻阻值，R_L为负载电阻值；为各个发射线圈和接收线圈之间的互感系数，M_PS为各个发射线圈与接收线圈之间的互感值，即