一种带中继线圈的双频无线电能传输系统技术方案

本实用新型专利技术涉及无线电能传输技术，具体涉及一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，包括电源、功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈、中继线圈、接收线圈、整流电路和负载；电源依次与功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈连接，双频带发射线圈通过电磁感应将电能通过中继线圈或直接传递到接收线圈，接收线圈依次连接整流电路和负载。该系统改善了双频带无线传能系统在工作频带相差过大时，无法同时在两个频段实现阻抗匹配，导致不同频带下电能传输效率差异过大的问题。提高了双频段无线传能系统的传输效率，促进了多频段无线传能系统的实现和应用。同时，通过改进无线电能接收侧的结构，使系统同时向两个接收线圈功能。

【技术实现步骤摘要】
一种带中继线圈的双频无线电能传输系统
本技术属于无线电能传输
，尤其涉及一种带中继线圈的双频无线电能传输系统。
技术介绍
目前对于双频带无线传能系统的研究主要集中在多频带无线传能的实现上，对于双频带无线传能系统在不同工作频率下的传输效率的研究很少。随着无线传能技术的发展，无线传能系统应用范围不断扩大，对无线传能设备的需求不断增加。由于不同设备所要求的工作频段不同，传统的单频率无线传能系统存在工作频段不兼容的问题。采用双频无线传能系统，能满足不同频段的输电要求，有利于提高无线电能传输系统的灵活性。但是，双频无线传能系统在工作频率相差过大时，由于无法同时在两个频段实现阻抗匹配，存在两个频带下输电效率差异过大的问题，影响了系统整体的传输效率，约束了双频无线传能系统的应用。因此，合理设计发射端与接收端结构，合理设置中继线圈在发射线圈与接收线圈间的位置，是提高双频无线电能传输系统整体传输效率的重要内容。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够实现双频无线电能传输，避免两个频段相差过大导致两个频带下输电效率差异过大的系统。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，包括电源、功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈、中继线圈、接收线圈、整流电路和负载；电源依次与功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈连接，双频带发射线圈通过电磁感应将电能通过中继线圈或直接传递到接收线圈，接收线圈依次连接整流电路和负载。在上述的带中继线圈的双频无线电能传输系统中，中继线圈上设有开关，且根据接收线圈在工作状态下的频率范围选择接通或断开中继线圈；中继线圈开关闭合、处于工作状态时，作为双频发射线圈与接收线圈间的中间环节，接收双频发射线圈传递来的磁场能并将其传递给接收线圈。在上述的带中继线圈的双频无线电能传输系统中，接收线圈采用一个低频接收线圈和一个高频接收线圈；低频接收线圈、高频接收线圈分别或同时工作，中继线圈开关始终闭合且放置在与高频接收线圈耦合程度较低的位置，作为中间环节接收双频发射线圈传递来的磁场能并将其传递给低频或高频接收线圈。本技术的有益效果：采用双频线圈实现双频无线传能，使得该无线电能传输系统能满足不同工作频段的需要，扩大了其应用范围。同时，通过加入中继线圈，并合理设计发射端与接收端结构，合理设置中继线圈在发射线圈与接收线圈间的位置，以改善双频带无线传能系统在工作频带相差过大时，由于无法同时在两个频段实现阻抗匹配，导致不同频带下电能传输效率差异过大的问题，从而减少了双频线圈模块的应用约束，从整体上提高了双频段无线传能系统的传输效率。同时，通过改进电能接受侧的结构，解决不同工作频率下阻抗不匹配的问题，并可使系统同时向两个接收线圈供能，提高了系统的能量传输效率。附图说明图1是本专利技术一个实施例带中继线圈的双频无线电能传输系统示意图；图2是本专利技术一个实施例带中继线圈的双频无线电能传输系统结构框图；图3是本专利技术一个实施例带中继线圈的双频无线电能传输系统等效电路图；图4是本专利技术一个实施例带中继线圈的双频无线电能传输系统中继线圈开关断开的等效电路图；图5是本专利技术一个实施例带中继线圈的双频无线电能传输系统中继线圈开关闭合的等效电路图；图6是本专利技术一个实施例含两个接收线圈的带中继线圈的双频无线电能传输系统示意图；其中，1-电源，2-功率放大电路或逆变电路，3-双频带发射线圈，4-单频带中继线圈，5-单频带接收线圈，6-整流电路，7-负载。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式进行详细描述。本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，包括电源、功率放大电路或逆变电路、发射线圈、中继线圈、接收线圈、整流电路和负载。电源与功率放大电路或逆变电路连接，功率放大电路或逆变电路与发射线圈连接，发射线圈通过电磁感应将电能通过中继线圈传递到接收线圈，接收线圈与整流电路连接，整流电路与负载连接。并且，当电源输出直流电时，逆变电路将直流电逆变为交流电并输入到发射线圈，发射线圈将输入的电能转化为磁场能并向中继线圈或接收线圈发射。并且，中继线圈在较低频率下会发生谐振，且中继线圈上带有开关，可根据接收线圈在工作状态下的频率范围选择接通或断开中继线圈。中继线圈开关闭合、处于工作状态时，作为发射线圈与接收线圈间的中间环节，接收发射线圈传递来的磁场能并将其传递给接收线圈。并且，当接收线圈与整流电路及负载相连时，发射线圈或中继线圈将无线电能通过磁场传递到接受线圈，接收线圈回路产生交流感应电流。整流电路将输入的交流电整流为直流电，为负载供电。而且，接收端可将一个接收线圈改为一个低频接收线圈和一个高频接收线圈共同构成接收线圈。在该改进结构下，低频与高频接收线圈可分别或同时工作，中继线圈开关始终闭合，作为中间环节接收发射线圈传递来的磁场能并将其传递给不同接收线圈。具体实施时，如图1所示，一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，包括电源1、功率放大电路或逆变电路2、双频带发射线圈3、单频带中继线圈4、单频带接收线圈5、整流电路6和负载7。无线电能通过双频带发射线圈经过单频带中继线圈或直接传递到单频带接收线圈。而且，单频带中继线圈在较低频率下会发生谐振，且单频带中继线圈上带有开关，在系统工作时可根据接收线圈在工作状态下的频率范围选择接通或断开中继线圈。单频带中继线圈开关闭合、处于工作状态时，作为发射线圈与接收线圈间的中间环节，接收双频带发射线圈传递来的磁场能并将其传递给单频带接收线圈。同时，接收端可将一个单频带接收线圈改为一个低频接收线圈和一个高频接收线圈。在该结构下，低频与高频接收线圈可分别或同时工作，单频带中继线圈开关始终闭合，作为中间环节接收双频带发射线圈传递来的磁场能并将其传递给不同接收线圈。如图2所示，带中继线圈的双频无线电能传输系统可等效为一个二端口网络，该系统传递效率为：ηS＝ηPA/inv·ηC·ηrec(1)其中，ηPA/inv是功率放大电路或逆变电路的传输效率，ηC是无线电能传输模块中耦合线圈之间的传输效率，ηrec是逆变电路的传输效率。由于耦合线圈在电能传输中其关键性作用，因此本实施例双频无线电能传输系统的电能传输效率在系统传输效率中起主要作用。当该系统接纯电阻负载时，其中，PL是输入双频带发射线圈的功率，PS是单频带接收线圈输出的功率，VL是双频带发射线圈端电压，VS是单频带接收线圈端电压，ZS是功率放大电路或逆变电路最优输出阻抗，ZL是整流电路的输入阻抗。当阻抗匹配时，可以实现本实施例双频无线电能传输系统最大传输效率。如图3所示，根据基尔霍夫电压定律，带中继线圈的双频无线电能传输系统的等效电路方程为：其中，Mij时线圈间的互感，是谐振耦合线圈的寄生电阻。(i,j＝S,I,L；i≠j)。根据(3)式可得电路输入阻抗为：...

【技术保护点】
1.一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，其特征是，包括电源、功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈、中继线圈、接收线圈、整流电路和负载；电源依次与功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈连接，双频带发射线圈通过电磁感应将电能通过中继线圈或直接传递到接收线圈，接收线圈依次连接整流电路和负载；/n中继线圈上设有开关，且根据接收线圈在工作状态下的频率范围选择接通或断开中继线圈；中继线圈开关闭合、处于工作状态时，作为双频发射线圈与接收线圈间的中间环节，接收双频发射线圈传递来的磁场能并将其传递给接收线圈；/n接收线圈采用一个低频接收线圈和一个高频接收线圈；低频接收线圈、高频接收线圈分别或同时工作，中继线圈开关始终闭合且放置在与高频接收线圈耦合程度较低的位置，作为中间环节接收双频发射线圈传递来的磁场能并将其传递给低频或高频接收线圈。/n

【技术特征摘要】
1.一种带中继线圈的双频无线电能传输系统，其特征是，包括电源、功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈、中继线圈、接收线圈、整流电路和负载；电源依次与功率放大电路或逆变电路、双频带发射线圈连接，双频带发射线圈通过电磁感应将电能通过中继线圈或直接传递到接收线圈，接收线圈依次连接整流电路和负载；
中继线圈上设有开关，且根据接收线圈在工作状态下的频率范围选择接通或断开...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军华，代中余，胡晨茜，周海阔，黄虹，曲皓玥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42