[實用新型]具有負載隔離特性的磁耦合諧振式多負載無線電能樹狀傳輸網絡

有效

• 申請號: 201420539884.3
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN204131236U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 羅斌;鐘晨明
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本實用新型屬于無線電能傳輸系統設計技術領域。涉及一種多中繼器多負載的磁耦合諧振式無線輸電的樹狀網絡結構。

背景技術

近年來，無線電能傳輸技術因其方便、安全、干凈等優點被普遍應用于家用電器、醫療植入、電動汽車等應用領域中，日益受到人們的重視。特別是近幾年發展起來的磁耦合諧振式無線電能傳輸技術，因其在中程距離高效、非輻射地傳輸電能等優點而廣受關注。

傳統的單發射、單接收的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統在同一時間只能對單個充電設備進行充電，其傳輸距離受磁場近場耦合的限制，通常不超過線圈口徑的2~3倍。這極大的限制了無線充電技術的發展和應用。

為了克服傳統磁耦合諧振式無線電能傳輸技術傳輸距離短、只能單負載充電的缺陷，各國專家學者相繼開展了利用中繼結構（如中繼諧振器、超材料介質板）、擴大傳輸距離的多中繼無線電能接力傳輸技術以及多負載無線充電技術的研究。將多中繼和多負載特征有機的融合起來，利用多個放置在不同空間位置的電感線圈產生的磁場疊加在小范圍的區域內進行有效的覆蓋，負載在此區域內可隨時接入網絡進行無線充電，再施加適當的控制方法，這就是無線電能傳輸局域網。然而，目前已有的一些多負載多中繼無線充電技術，存在負載之間隔離差、相互干擾嚴重、控制機制復雜，中繼諧振器利用率低、擴展性差等問題，因而難以得到廣泛應用。

發明內容

本實用新型的目的是提出一種具備良好擴展性的多中繼多負載的磁耦合諧振式無線電能樹狀傳輸網絡結構。采用K變換器對多個充電負載進行良好隔離，保證各負載充電時彼此互不干擾；當充電負載通過接入點動態接入或斷開時，對其它負載影響很小，因而無須復雜的控制電路和控制機制。

本實用新型是通過以下技術方案實現的。?

本實用新型包括若干中繼諧振器(1)、接入諧振器(2)?、一個逆變交流電壓源(3)和多個負載(4)。中繼諧振器(1)周圍有且只有兩個緊鄰的接入諧振器(2)，中繼諧振器(1)電感線圈和緊鄰的兩個接入諧振器(2)電感線圈的互電感設置為相等；接入諧振器(2)周圍至少有一個緊鄰的中繼諧振器(1)；逆變交流電壓源(3)和負載(4)則通過K變換器(11)的接入端(12)與接入諧振器相連接，以此方式接入到無線電能傳輸網絡中。

非緊鄰的諧振器(接入諧振器和中繼諧振器)之間的互電感屬于對系統性能有害的交叉耦合，應設法限制或補償。

所述的中繼諧振器(1)由中繼空心電感線圈(5)和中繼調諧電容(6)串聯而成，形成一個LC諧振回路。在網絡中，中繼諧振器(1)起到了無線電能中繼傳輸的功能。

所述的接入諧振器(2)包括接入空心電感線圈(8)、接入調諧電容(9)以及K變換器(11)。空心電感線圈(8)和調諧電容(9)串聯后接入到K變換器(11)的一端；K變換器的另一端(12，接入端)用來接入負載(4)或逆變交流電壓源(3)，也可以開路而不接入任何負載或電源。接入諧振器有兩個作用，第一是發揮和中繼諧振器一樣的無線電能中繼傳輸的作用；第二是作為充電負載和逆變電壓源的接入點。

所述的K變換器(11)又稱阻抗變換器，在結構中起著負載隔離的作用。它可用耦合電感諧振器結構的方式實現，如圖2所示。也可用T型或Π型LC網絡等其它電路結構實現，如圖3到圖6所示，電感和電容的取值統一為???????????????????????????????????????????????，。f₀為中繼諧振器和接入諧振器的工作頻率。

所述的空心電感線圈通常繞制成圓形或矩形，其電感量和形狀不必相同。

所述的調諧電容將各諧振器(中繼諧振器和接入諧振器)的諧振頻率調節至工作頻率f₀。

本實用新型提出的多中繼多負載的磁耦合諧振式無線電能傳輸樹狀網絡結構，結構簡單，容易實施，控制方便；容易擴展擴充，以達到區域覆蓋的目的；用一個逆變交流電壓源可同時對多個負載充電；負載之間具有良好隔離，負載充電時互不干擾，各負載電壓幅值等于電源電壓幅值；逆變交流電壓源或負載可通過任意接入諧振器接入到網絡中，在應用上非常靈活；當負載需要充電時可方便的加入網絡，不需充電時可隨時從網絡中斷開，對其它充電負載干擾小；接入諧振器除具備中繼諧振器的無線電能中繼的功能外，還可同時作為充電負載或逆變交流電壓源的接入點，因而對多諧振器無線電能傳輸系統而言，大大提高了諧振器的器件利用率。

附圖說明