一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统，包括高频逆变电源、软磁体增强相邻线圈磁耦合的LC谐振器阵列以及多个负载；所述LC谐振器阵列包括源端耦合线圈和公共端中继耦合线圈，所述公共端中继耦合线圈扩展延伸有恒压支节线圈和恒流支节线圈，所述恒压支节线圈包括恒压支节负载端耦合线圈，所述恒流支节线圈包括恒流支节中继耦合线圈和恒流支节负载端耦合线圈，相邻线圈的衔接处上下两面覆盖双层软磁体；所有线圈均串联有调谐电容，用于将谐振器调谐到工作频率。本发明专利技术结构简单，通过公共端中继耦合电感线圈将各个支路相互独立，在互不影响的各个支路上都可以实现恒流恒压输出，满足不同用电器的充电特性。电特性。电特性。

【技术实现步骤摘要】
一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统


[0001]本专利技术属于无线能量传输系统
，具体涉及一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统。

技术介绍

[0002]WPT技术在各领域为用电器供电应用越来越广泛，WPT技术的应用领域包括电动汽车，植入式医疗设备、无人机、便携电子设备等。WPT最重要的一个应用场景就是给多负载充电，其中最突出的问题之一是为接收机提供稳定的输出，实现稳定的恒流恒压输出特性成为了研究热点。
[0003]专利CN111478458A提出了一种无线电能传输系统及其恒流恒压控制方法，利用DSP处理器和无线电能传输装置，通过来回切换二者之间的开关控制器、电流采集电路、电压采集电路以及依靠各个接收模块上的补偿网络来实现恒流或者恒压输出。这种方式不能同时实现恒流恒压输出，不能同时满足各种用电器的需求。
[0004]专利CN110429691A提出了一种基于半桥切换的恒流
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恒压充电无线电能传输系统，通过切换高频逆变模块中开关管的导通方式，即可实现电池的恒流
‑
恒压充电，无需复杂且持续的闭环调节控制；文献A Wireless Power Transfer System with Multiple Constant Current and ConstantVoltage Outputs提出了一种具有恒流恒压输出的多负载无线功率传输系统，每个线圈采用串联补偿拓扑，在奇数中继器单元中，负载与两个中继器线圈串联，而在偶数中继器单元中，负载与两个中继器线圈并联，奇单元和偶单元分别实现CC和CV。这种线圈设计虽然巧妙但结构复杂线圈多，但没有考虑单独进行恒压或恒流供电情况。
[0005]这些研究普遍存在的问题是，要么补偿电路复杂，要么线圈结构布置复杂，要么是多负载系统只能单一的输出恒压或恒流，不能一个系统满足不同负载输出不同负载无关特性的要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足与难题，本专利技术旨在提供一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统，通过公共端中继耦合电感线圈将各个支路相互独立，在互不影响的各个支路上都可以实现恒流恒压输出，满足不同用电器的充电特性。将大大提高共面式WPT技术的应用前景。
[0007]本专利技术在相邻共面线圈衔接处上下两面的合适位置放置双层软磁体，用来显著增强相邻线圈的磁耦合，通过公共端耦合电感线圈可以同时实现恒流和恒压输出，拿走任意一支节线圈而不影响其它支节的充电效果，负载的变化不影响系统实现稳定的恒流和恒压输出。这些优点可显著提升共面式无线电能传输系统的实用性，拓展其应用前景。
[0008]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]本专利技术提供一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统，它是一
种多路链状的共面式WPT结构，包括高频逆变电源、软磁体增强相邻线圈磁耦合的LC谐振器阵列以及多个负载；所述LC谐振器阵列包括源端耦合线圈和公共端中继耦合线圈，所述源端耦合线圈与高频逆变电源串联，所述公共端中继耦合线圈扩展延伸有恒压支节线圈和恒流支节线圈，所述恒压支节线圈包括恒压支节负载端耦合线圈，所述恒流支节线圈包括恒流支节中继耦合线圈和恒流支节负载端耦合线圈，相邻线圈的衔接处上下两面覆盖双层软磁体；所有线圈均串联有调谐电容，用于将谐振器调谐到工作频率。
[0010]进一步的，所述恒压支节线圈和恒流支节线圈均设置为两个。
[0011]进一步的，所述线圈的形状为低剖面的平面方形或平面圆形。
[0012]进一步的，所述恒压支节负载端耦合线圈与负载串联，扩展延伸时也可作为中继线圈；所述恒流支节中继耦合线圈作为中继线圈，所述恒流支节负载端耦合线圈与负载串联。
[0013]进一步的，所述高频逆变电源为DC
‑
AC或AC
‑
DC
‑
AC电源，DC
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AC部分电路为半桥逆变或全桥逆变电源。
[0014]与现有技术相比，本专利技术有益效果包括：
[0015]1、本专利技术的无线电能传输系统结构简单，通过公共端中继耦合电感线圈实现了恒流恒压输出的相互独立，利用铁氧体板增强了相邻线圈之间的耦合，由于各个分支各不影响，拿走任意一条支路并不会影响其他支路的充电效果，负载端的电压或电流大小可通过线圈之间的互感来调整。满足了充电设备不同的充电特性。
[0016]2、本专利技术适用于多分支链状的平面式WPT系统设计。
附图说明
[0017]图1(a)是一种多分支的恒流恒压WPT结构简；(b)是去除一个恒压支节的WPT结构简图；(c)是去除一个恒流支节的WPT结构简图,其中
①
为源端发射谐振器，
②
为公共端中继谐振器；
③
为双层软磁体；
[0018]图2是多分支无线电能传输系统结构俯视图，即实施例一；图中V
S
为逆变交流源，L1为发射线圈电感，L2为公共端中继线圈电感，L3、L4为恒压支节接收线圈电感，L5、L6为恒流支节中继线圈电感，L7、L8为恒流支节接收线圈电感，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8分别为线圈的调谐电容，R1、R2、R3、R4为简化的外接负载电路；
[0019]图3给出了图1中，系统的磁场比较；(a)为多分支恒流恒压输出结构的磁场分布俯视图和侧视图，(b)为去除一个恒压支节系统结构的磁场分布的俯视图和侧视图，(c)为去除一个恒流支节系统结构的磁场分布的俯视图和侧视图；
[0020]图4给出了在实施例一中，电压源V
S
＝7.64V时，假定Coil3上的负载电压为V1，Coil4上的负载电压为V2，Coil7上的负载电流为I1，Coil8上的负载电流为I2，电压(V)
‑
电流(I)
‑
负载(Ω)曲线中可以看出在较宽的负载变化范围内电压电流基本保持不变，例如当恒压支节负载端电阻R1、R2在30Ω
‑
120Ω范围内变化时，电压变化不超过10％，当恒流支节负载端电阻R3、R4在1Ω
‑
30Ω范围内变化时，电流变化不超过10％，验证了多支路WPT系统满足恒流恒压特性；
[0021]图5为实施例二：去除一个恒压支节的系统模型结构俯视图；
[0022]图6为实施例二中，电压源V
S
＝7.64V时，假定Coil3上的负载电压为V1，Coil4上的
负载电压为V2，Coil7上的负载电流为I1，Coil8上的负载电流为I2，电压(V)
‑
电流(I)
‑
负载(Ω)曲线中可以看出在较宽的负载变化范围内电压电流基本保持不变，例如当恒压支节负载端电阻R2在30Ω
‑
120Ω范围内变化时，电压变化不超过10％，当恒流支节负载端电阻R3、R4在1Ω
‑
30Ω范围内变化时，电流变化不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统，其特征在于：它是一种多路链状的共面式WPT结构，包括高频逆变电源、软磁体增强相邻线圈磁耦合的LC谐振器阵列以及多个负载；所述LC谐振器阵列包括源端耦合线圈和公共端中继耦合线圈，所述源端耦合线圈与高频逆变电源串联，所述公共端中继耦合线圈扩展延伸有恒压支节线圈和恒流支节线圈，所述恒压支节线圈包括恒压支节负载端耦合线圈，所述恒流支节线圈包括恒流支节中继耦合线圈和恒流支节负载端耦合线圈，相邻线圈的衔接处上下两面覆盖双层软磁体；所有线圈均串联有调谐电容，用于将谐振器调谐到工作频率。2.根据权利要求1所述的一种共面式与负载无关的多分支恒流恒压无线电能传输系统，其特征在于：所述恒压支节线圈和恒流支节线圈均设置为两个。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌，程凯欣，殷佳斌，徐亚飞，刘奇，张堃，周宇歆，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：