[发明专利]一种PT对称SS拓扑MC-WPT系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种PT对称SS拓扑MC‑WPT系统及其实现方法，将PT对称特性应用至目前常用的两线圈SS拓扑磁耦合无线电能传输系统中，并进一步推广到任意n线圈架构的高阶SS拓扑磁耦合无线电能传输系统中，其中，时为两线圈PT对称MC‑WPT系统，时为带有中继线圈的高阶PT对称MC‑WPT系统。通过本发明的技术方案改变负电阻的电路结构，并将PT对称特性应用至目前最常用的SS拓扑磁耦合无线电能传输系统中，实现SS拓扑磁耦合无线电能传输系统在不需要任何外部整定情况下实现高效传能，并进一步将PT对称机制推广到任意多线圈架构无线电能传输系统中，得到高阶SS拓扑磁耦合无线电能传输系统，能够有效提升系统的传输距离。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体而言涉及一种PT对称SS拓扑MC-WPT系统及其实现方法。

背景技术

众所周知，目前常用MC-WPT系统通常只能在特定有限范围内实现高效传能，一旦传输距离或者方位有所偏离，系统的能效就会急剧下降，甚至会随着传输距离减小而减小，受空间传输性能，如传输距离、偏移度、位置鲁棒性等的限制，MC-WPT技术的产业化进程特别缓慢，有效提升系统的空间传输性能是促进MC-WPT技术产业化应用的关键。

关于MC-WPT系统空间传能性能提升，目前主要集中在系统拓扑、磁耦合机构及电参数优化设计及控制等方面，通过提升系统的能效实现一定程度上的空间传能性能提升。但由于这些方法没有改变系统的特性曲线，因而提升效果有限，PT对称MC-WPT系统能够有效提升无线传能的空间传输性能。

宇称时间(Parity-Time,PT)对称无线电能传输系统，在不需要增加任何外部整定的情况下，可实现大范围内高效传能。目前PT对称MC-WPT系统实现方式有两类，一类是基于逆变器模式，通过控制逆变器的开关频率，使得输入端电压与电流实际方向非关联，外部特性等效于负电阻，以此实现PT对称系统；另一类方法是基于运算放大器搭建负电阻，构建PT对称系统，在不需要增加任何外部整定的情况下，可实现大范围内高效传能，但是现有的PT对称MC-WPT系统实现方式存在以下不足：

1.在现有的基于逆变器模式的PT对称MC-WPT系统中没有拓扑结构限制，但需要控制逆变器的频率，增加一些额外的电路，如检测、控制或者调节电路，从而会增加系统的复杂度，同时也会带来额外的损耗。

2.基于运放模式的PT对称系统由于电容虚拟极点的存在，目前运用运放构建的负电阻必须和电容并联，否则系统无法稳定运行。因此，基于运放模式的PT对称MC-WPT无法应用到SS拓扑架构，而SS拓扑架构是目前应用最广的拓扑架构，因而应用领域有限。

3.PT对称系统可以提升系统的传能特性，但是两线圈系统的有效传能距离还是有限，增加中继是提升传输距离的有效方式，但由于目前PT对称机制的工作模式及相应的物理原理认识不全面，难以推广应用到高阶线圈架构中，缺乏相应的参数设计准则。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PT对称SS拓扑MC-WPT系统及其实现方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种PT对称SS拓扑MC-WPT系统实现方法，将PT对称特性应用至目前常用的两线圈SS拓扑磁耦合无线电能传输系统中，并进一步推广到任意n线圈架构的高阶SS拓扑磁耦合无线电能传输系统中，其中，n＝2时为两线圈PT对称MC-WPT系统，当n2时为带有中继线圈的高阶PT对称MC-WPT系统，其特征在于，包括，通过以下步骤1至步骤4构建传输参数模型，通过以下步骤A至步骤C，应用传输参数模型，确定任意n线圈架构PT对称SS拓扑MC-WPT系统：

步骤1、获得磁耦合无线电能传输系统中各个回路分别对应电路的电路参数，所述电路参数包括线圈自感L、线圈等效串联内阻R_p、谐振补偿电容C、负载电阻R_L，随后进入步骤2；