[发明专利]基于负载功率均衡的单中继多负载无线电能传输系统最优频率配置方法

摘要

本发明公开了一种基于负载功率均衡的单中继多负载无线电能传输系统最优频率配置方法，其特征在于：所述单中继多负载无线电能传输系统包括高频电源系统、发射线圈、中继线圈及若干个接收线圈；所述最优频率配置方法为：以负载线圈空间分布方法为基础，计算单中继多负载无线电能传输系统的传输效率以及接收功率表达式，并以系统工作频率以及各线圈回路的自谐振频率为自变量，得出最优传输效率下的各频率参量的配置方法，继而在最优传输效率的基础上，讨论最大接收功率时的工作频率及各线圈回路自谐振频率配置方法。本发明解决了包含单中继多负载模式无线电能传输系统的关键难题，为无线电能传输系统在中远距离下的多负载应用提供更为明确的指导。

主权项

一种基于负载功率均衡的单中继多负载无线电能传输系统最优频率配置方法，其特征在于：所述单中继多负载无线电能传输系统包括高频电源系统、发射线圈、中继线圈及若干个接收线圈；所述最优频率配置方法为：以负载线圈空间分布方法为基础，计算单中继多负载无线电能传输系统的传输效率以及接收功率表达式，并以系统工作频率以及各线圈回路的自谐振频率为自变量，得出最优传输效率下的各频率参量的配置方法，继而在最优传输效率的基础上，讨论最大接收功率时的工作频率及各线圈回路自谐振频率配置方法；具体步骤如下：步骤(1)，设定无线电能传输系统的基本参数：高频电源系统的驱动电源的频率为ω，发射线圈与中继线圈的自谐振频率分别为ω_TX、ω_r，每个接收线圈的自谐振频率均设定为ω_RX，即其中C_t、L_t分别为发射线圈的谐振电容与电感值；C_r、L_r分别为中继线圈的谐振电容与电感值；C_i、L_i分别为任意一个接收线圈的谐振电容与电感值；接收线圈数量为n，每个接收线圈回路的负载阻值相同且每个接收线圈的自身参数均相同；步骤(2)，以各接收线圈接收功率均衡为原则，设定若干个接收线圈排布方式；步骤(3)，由系统效率表达式：推导得出最优传输效率时的电流比率条件，即其中R_L为负载阻值，R_iL为负载阻值与接收线圈内阻之和，R_st为发射线圈回路中的总阻值，R_r为中继线圈的内阻，I_t、I_r分别为发射线圈、中继线圈的回路电流值，I为每个接收线圈中的回路电流值；从而以发射线圈、中继线圈及接收线圈回路的自谐振频率ω_TX、ω_r、ω_RX与电源驱动频率ω为配置对象，得出最优效率时的频率配置条件为：为任意一个接收线圈与其余各接收线圈之间的耦合系数之和，最优传输效率时的频率配置条件仅与电源驱动频率、中继线圈回路自谐振频率、接收线圈回路自谐振频率以及各接收线圈间的耦合系数之和相关，与发射线圈回路的自谐振频率无关；步骤(4)，在系统传输效率最优化的基础上探讨接收功率最大时的频率配置条件，即确定当接收线圈中的电流I模值最大时，系统工作频率与其余各线圈回路自谐振频率之间的关系，此时需满足I的虚部为零，即Im(I)＝0，而此时需满足的频率配置条件为：当且仅当接收线圈的品质因数时，频率配置条件中的约等号成立。