[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

说明书

本发明公开了一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，包括一个发射单元、M+1个中继单元、M个接收‑发射单元、以及一个接收单元；各个单元按照发射单元在最前，接收单元在最后，中间为中继单元、接收‑发射单元依次重复排列并以中继单元收尾；相邻单元之间通过松耦合变压器中发射、接收线圈之间的电磁耦合来依次进行电能的无线传输。该系统采用若干个中继单元充当高阶补偿网络，实现了各个负载两端的输出电压与本身负载或其余负载无关，而只取决于相邻两个松耦合变压器中发射、接收圈之间的互感的比值。因此，本发明系统具有设计更加自由、控制更加简单、环境适应性更强、成本更低等优势。

技术领域

本发明涉及多负载无线电能传输或多负载无线输电的技术领域，尤其是指一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统。

背景技术

近十年来，基于电磁谐振式耦合或电磁感应式耦合的无线输电技术取得了长足的发展。无线输电技术除了能免除导线的羁绊，为客户带来便捷生活，还有望为多个接收负载提供电能，这既节省空间又降低材料成本。在传统的多负载无线输电系统中，通常利用一个高频逆变器给发射端谐振腔供电，发射线圈产生一个高频交变磁场并耦合到多个接收线圈，接收线圈中的磁能转化为电能后经过整流，为多个负载供电。然而，负载经常处于变化状态，某一个负载的变化会导致自身两端输出电压以及其余负载两端输出电压的剧烈变化，通常会在整流级后增加稳压模块或者实时调节系统工作角频率来控制最终输出电压的稳定，不幸的是，这些措施会造成系统材料成本的提升和控制流程的复杂化，同时还导致了系统稳定性和整体效率的下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，只有一个供电电源，便能给多个负载提供电能的无线传输，且不同负载之间互不干扰，简化系统控制流程，降低系统设计成本和制造成本。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种多米诺骨牌结构的多负载无线电能传输系统，所述系统包括1个发射单元、M+1个中继单元、M个接收-发射单元和1个接收单元；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；

所述发射单元由1个交流电压源、1个发射补偿电容和1个发射线圈依次串联而成，所述交流电压源的工作角频率为ω，基波有效值为U₀；每一个中继单元均由1个中继接收线圈、1个中继补偿电容和1个中继发射线圈依次串联而成；每一个接收-发射单元的组成均为：1个接收线圈和1个接收补偿电容串联构成一个谐振腔，1个发射线圈和1个发射补偿电容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两端；所述接收单元由1个接收线圈、1个接收补偿电容和相应的接收负载依次串联而成；

所述发射单元的发射线圈和第1个中继单元的中继接收线圈通过电磁耦合构成第1个松耦合变压器；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，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，其中j＝1、2、……、M；最后，第N个中继单元的中继发射线圈和接收单元的接收线圈通过电磁耦合构成第2×N个松耦合变压器；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。