[发明专利]一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统

权利要求书

1.一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，其特征在于：所述系统包括1个发射单元(00)、M+1个中继单元(11,21,…,M1,N1)、M个接收-发射单元(12,22,…,M2)和1个接收单元(N2)；所有单元的排列顺序为发射单元、第1个中继单元、第1个接收-发射单元、第2个中继单元、第2个接收-发射单元、以此类推，直至第M个中继单元、第M个接收-发射单元，最后分别为第N个中继单元和接收单元，其中，M＝1、2、……、N-1；

所述发射单元(00)由1个交流电压源、1个发射补偿电容(C_T0)和1个发射线圈(L_T0)依次串联而成，所述交流电压源的工作角频率为ω，基波有效值为U₀；每一个中继单元(i1)均由1个中继接收线圈(L_i1)、1个中继补偿电容(C_Ii)和1个中继发射线圈(L_i2)依次串联而成，其中i＝1、2、……、N；每一个接收-发射单元(j2)的组成均为：1个接收线圈(L_Rj)和1个接收补偿电容(C_Rj)串联构成一个谐振腔，1个发射线圈(L_Tj)和1个发射补偿电容(C_Tj)串联构成另一个谐振腔，两个谐振腔分别并联于相应的接收负载(R_j)两端，其中j＝1、2、……、M；所述接收单元(N2)由1个接收线圈(L_RN)、1个接收补偿电容(C_RN)和相应的接收负载(R_N)依次串联而成；

所述发射单元(00)的发射线圈(L_T0)和第1个中继单元(11)的中继接收线圈(L₁₁)通过电磁耦合构成第1个松耦合变压器(#11)；第1个到第N个中继单元以及第1个到第M个接收-发射单元之间的连接关系为：第j个中继单元的中继发射线圈与第j个接收-发射单元的接收线圈通过电磁耦合构成第2×j个松耦合变压器(#j2)，第j个接收-发射单元的发射线圈与第j+1个中继单元的中继接收线圈通过电磁耦合构成第2×j+1个松耦合变压器(#(j+1)1)；最后，第N个中继单元(N1)的中继发射线圈(L_N2)和接收单元(N2)的接收线圈(L_RN)通过电磁耦合构成第2×N个松耦合变压器(#N2)；所述系统依次通过第1个到第2×N个松耦合变压器来进行电能的无线传输。

2.根据权利要求1所述的一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，其特征在于：所述发射单元(00)的发射补偿电容(C_T0)的容值按照C’_T0＝1/(ω²L’_T0)选取，L’_T0表示发射单元(00)的发射线圈(L_T0)的电感值；所述中继单元的中继补偿电容(C_Ii)的容值按照C’_Ii＝1/[ω²(L’_i1+L’_i2)]取值，L’_i1和L’_i2表示中继单元的中继接收线圈(L_i1)和中继发射线圈(L_i2)的电感值；所述接收-发射单元的接收补偿电容(C_Rj)、发射补偿电容(C_Tj)分别按照C’_Rj＝1/(ω²L’_Rj)、C’_Tj＝1/(ω²L’_Tj)取值，其中L’_Rj和L’_Tj表示接收-发射单元的接收线圈(L_Rj)和发射线圈(L_Tj)的电感值；所述接收单元的接收补偿电容(C_RN)的容值按照C’_RN＝1/(ω²L’_RN)取值，其中L’_RN表示接收单元的接收线圈(L_RN)的电感值。

3.根据权利要求1所述的一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，其特征在于：当忽略系统所有线圈和补偿电容的寄生电阻时，则有U_i＝U_i-1M_i2/M_i1，i＝1、2、……、N，其中当i为1时，则U₀表示交流电压源的基波有效值，否则U_i和U_i-1分别表示第i个和第i-1个接收负载两端电压有效值，而M_i1、M_i2分别表示第2×i-1、2×i个松耦合变压器中两个线圈之间的互感，因此，当所有互感满足M₁₂/M₁₁＝M₂₂/M₂₁＝…＝M_N2/M_N1＝1时，理论上所有接收负载两端的输出电压有效值均与交流电压源的基波有效值相等。