[發明專利]一種基于PT對稱原理的多頻多負載無線供電系統

在審

• 申請號: 201911029813.2
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110611375A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 張波;吳理豪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H01F38/14
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于PT對稱原理的多頻多負載無線供電系統，包括n個發射裝置、n個接收裝置和n個負載，n為大于或等于2的自然數；每個發射裝置均由串聯連接的負電阻、發射線圈、發射端諧振電容和發射線圈等效內阻組成，負電阻為系統提供能量，n個發射裝置的發射線圈之間互相解耦或者處于弱耦合狀態；每個接收裝置均由串聯連接的接收線圈、接收端諧振電容和接收線圈等效內阻組成，且一個負載串聯一個接收裝置，n個接收裝置的接收線圈之間互相解耦或者處于弱耦合狀態。本發明利用PT對稱原理實現多負載之間功率的分配與控制，并采用多頻傳輸，解決線圈之間交叉耦合對系統的影響，實現可以同時穩定高效地為多個負載提供恒定功率，在實際應用中，具有顯著優勢。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸或無線輸電的技術領域，尤其是指一種基于PT對稱原理的多頻多負載無線供電系統。

背景技術

業內習知，無線電能傳輸技術(Wireless Power Transfer,WPT)，相比于傳統的導線供電方式無電氣連接，具有靈活便捷、安全可靠等優點。現有無線電能傳輸技術主要是基于電磁感應和磁共振原理，部分研究成果已應用于電子消費產品、植入式醫療設備、電動汽車充電等領域。隨著無線電能傳輸技術的發展，對多負載無線供電系統的需求也越來越多，但負載之間的功率分配與控制，以及發射線圈與接收線圈之間的交叉耦合，一直是制約多負載無線供電系統發展的主要瓶頸問題。

近年來，研究學者將宇稱-時間(PT)對稱量子理論應用于無線電能傳輸領域，展現出了巨大的優勢，實現了恒定的輸出功率與傳輸效率，有望解決多負載系統中的功率分配與控制問題，但傳統基于PT對稱原理的無線供電系統對于線圈之間的交叉耦合十分敏感。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種基于PT對稱原理的多頻多負載無線供電系統，利用PT對稱原理實現多負載之間功率的分配與控制，并采用多頻傳輸解決線圈之間交叉耦合對系統的影響，實現可以同時穩定高效地為多個負載提供恒定功率，在實際應用中，具有顯著優勢。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種基于PT對稱原理的多頻多負載無線供電系統，所述系統包括n個發射裝置、n個接收裝置和n個負載，n為大于或等于2的自然數；每個發射裝置均由串聯連接的負電阻、發射線圈、發射端諧振電容和發射線圈等效內阻組成，其中，負電阻為系統提供能量，n個發射裝置的發射線圈之間互相解耦或者處于弱耦合狀態；每個接收裝置均由串聯連接的接收線圈、接收端諧振電容和接收線圈等效內阻組成，且一個負載串聯一個接收裝置，n個接收裝置的接收線圈之間互相解耦或者處于弱耦合狀態。

進一步，所述n個發射裝置的固有頻率互不相同，同時第i個發射裝置的固有頻率與第i個接收裝置的固有頻率相同，i＝1,2,3…n，即滿足：

ω_t1＝ω_r1≠ω_t2＝ω_r2≠…ω_tn＝ω_rn

式中，第i個發射裝置的固有頻率表示為第i個接收裝置的固有頻率表示為L_ti為第i個發射線圈的電感值，L_ri為第i個接收線圈的電感值；C_ti為第i個發射端諧振電容值，C_ri為第i個接收端諧振電容值，i＝1,2,3…n。

進一步，所述系統穩定運行時，需滿足宇稱-時間對稱條件：