基于无线电能传输的多端重组线圈结构的制作方法

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种基于无线电能传输的多端重组线圈结构。

背景技术：

目前无线电能传输技术中常用的线圈，其结构在系统正常运行中都是固定不变的，随着线圈间距离发生变化时，线圈间的互感和耦合系数发生变化。这种线圈结构设计，在特定距离内、某一频率段传输效率能够达到很高，当两线圈间距离发生变化时，传输效率会迅速下降。这种线圈结构严重限制了共振磁耦合无线电能传输技术的应用范围，特别是一些距离因素易受影响的场所，如电动汽车充电、机器人充电、医疗植入器官充电等。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于无线电能传输的多端重组线圈结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

基于无线电能传输的多端重组线圈结构，包括：

发射端、若干中继线圈和接收端；

发射端包括两个或两个以上的发射独立线圈单元，各发射独立线圈单元由一独立线圈、一电容、一投切开关顺次串联构成，独立线圈两端分别记为coila端和coilb端，电容两端分别记为ca端和cb端，投切开关两端分别记为sa端和sb端；各发射独立线圈单元中，coilb端连接ca端，cb端连接sa端；各相邻的两发射独立线圈单元中，一发射独立线圈单元中电容的ca端与相邻的后一发射独立线圈单元中独立线圈的coila端相连，相邻的两发射独立线圈单元中两投切开关的sb端相连；

中继线圈由一独立线圈和一电容串联或并联构成；

接收端包括两个或两个以上的接收独立线圈单元，各接收独立线圈单元由一独立线圈、一电容、一投切开关顺次串联构成，接收独立线圈两端分别记为coila＇端和coilb＇端，电容两端分别记为ca＇端和cb＇端，投切开关两端分别记为sa＇端和sb＇端；各接收独立线圈单元中，coilb＇端连接ca＇端，cb＇端连接sa＇端；各相邻的两接收独立线圈单元中，一接收独立线圈单元中电容的ca＇端与相邻的前一接收独立线圈单元中独立线圈的coila＇端相连，相邻的两接收独立线圈单元中两投切开关的sb＇端相连；

发生端和接收端中发射独立线圈单元和接收独立线圈单元的数量相等或不等；

发射端、中继线圈和接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应在预设共振频率下满足谐振要求。

发射端各发射独立线圈单元中各独立线圈的电感值分别记为ltx1、ltx2、ltx3、ltx4、……ltxn，发射端各发射独立线圈单元中电容的电容值分别记为ctx1、ctx2、ctx3、ctx4、……ctxn；各中继线圈中独立线圈的电感值分别记为ltr1、ltr2、……ltrs，各中继线圈中电容的电容值分别记为ctr1、ctr2、……ctrs；接收端各接收独立线圈单元中各独立线圈的电感值分别记为lrxm……lrx4、lrx3、lrx2、lrx1，接收端各接收独立线圈单元中电容的电容值分别记为crxm、……crx4、crx3、crx2、crx21；其中，n表示发射端中独立线圈的数量，s表示中继线圈数量，m表示接收端中独立线圈的数量；则，所述的谐振要求为：

和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

本发明多端重组线圈结构，可通过开通和闭合发射端和接收端的开关，改变进行能量传输的线圈数量，从而实现线圈的自感、互感、品质因数和耦合系数等的调整，从而在线圈间距离变化时，确保接收端所接收的功率、电压和电流的稳定性，有利于无线电能传输技术的广泛运用。

附图说明

图1为本发明多端重组线圈结构的整体结构示意图；

图2为一种具体的多端重组线圈结构示意图；

图3～11为投切开关不同状态时的多端重组线圈结构。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。

本发明多端重组线圈结构包括发射端、若干中继线圈和接收端，发射端包括两个或两个以上的发射独立线圈单元，各发射独立线圈单元由一独立线圈、一电容、一投切开关顺次串联构成，独立线圈两端分别记为coila端和coilb端，电容两端分别记为ca端和cb端，投切开关两端分别记为sa端和sb端；各发射独立线圈单元中，coilb端连接ca端，cb端连接sa端；各相邻的两发射独立线圈单元中，一发射独立线圈单元中电容的ca端与相邻的后一发射独立线圈单元中独立线圈的coila端相连，相邻的两发射独立线圈单元中两投切开关的sb端相连。中继线圈由一独立线圈和一电容串联或并联构成。接收端包括两个或两个以上的接收独立线圈单元，各接收独立线圈单元由一独立线圈、一电容、一投切开关顺次串联构成，接收独立线圈两端分别记为coila＇端和coilb＇端，电容两端分别记为ca＇端和cb＇端，投切开关两端分别记为sa＇端和sb＇端；各接收独立线圈单元中，coilb＇端连接ca＇端，cb＇端连接sa＇端；各相邻的两接收独立线圈单元中，一接收独立线圈单元中电容的ca＇端与相邻的前一接收独立线圈单元中独立线圈的coila＇端相连，相邻的两接收独立线圈单元中两投切开关的sb＇端相连。发生端和接收端中发射独立线圈单元和接收独立线圈单元的数量相等或不等。工作时，发射端和接收端仅一个投切开关闭合，其他投切开关均断开。当线圈间距离变化时，通过闭合不同的投切开关，来调控进行能量传输的独立线圈数量，从而保障接收端所接收的功率、电压和电流的稳定性。

见图1，发射端的独立线圈分别记为tx1、tx2、tx3、tx4、……txn，其电感值分别记为ltx1、ltx2、ltx3、ltx4、……ltxn；与tx1、tx2、tx3、tx4、……txn连接的电容分别记为ctx1、ctx2、ctx3、ctx4、……ctxn,其电容值分别记为ctx1、ctx2、ctx3、ctx4、……ctxn；与tx1、tx2、tx3、tx4、……txn连接的投切开关分别记为stx1、stx2、stx3、stx4、……stxn。各中继线圈中独立线圈分别记为tr1、tr2、……trs，其电感值分别记为ltr1、ltr2、……ltrs；与tr1、tr2、……trs连接的电容分别记为ctr1、ctr2、……ctrs，其电容值分别记为ctr1、ctr2、……ctrs。接收端的独立线圈分别记为rxm……rx4、rx3、rx2、rx1，其电感值分别记为lrxm……lrx4、lrx3、lrx2、lrx1；与rxm……rx4、rx3、rx2、rx1连接的电容分别记为crxm、……crx4、crx3、crx2、crx21，其电容值分别记为crxm、……crx4、crx3、crx2、crx21；与rxm……rx4、rx3、rx2、rx1连接的投切开关分别记为srxm……srx4、srx3、srx2、srx1。上述，n表示发射端中独立线圈的数量，s表示中继线圈数量，m表示接收端中独立线圈的数量。

任意状态下，发射端、中继线圈和接收端中的独立线圈的电感值和电容的电容值应在预设共振频率下满足谐振要求，如下：

式(1)中，f为表示预设共振频率。

见图2，该具体的多端重组线圈结构的发射端独立线圈数量为3，中继线圈数量为2，接收端独立线圈数量为3。见图3，闭合发射端的投切开关stx1，断开发射端的投切开关stx2和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈仅有独立线圈tx1。闭合接收端的投切开关srx1，断开接收端的投切开关srx2和srx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈仅有独立线圈rx1。图3所示情况下，发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图4，闭合发射端的投切开关stx2，断开发射端的投切开关stx1和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1和tx2。闭合接收端的投切开关srx1，断开接收端的投切开关srx2和srx3，此时，接收端参与能量传输的独立线圈仅有独立线圈rx1。图4所示情况下，发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图5，闭合发射端的投切开关stx3，断开发射端的投切开关stx1和stx2，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1、tx2和tx3。闭合接收端的投切开关srx1，断开接收端的投切开关srx2和srx3，此时，接收端参与能量传输的独立线圈仅有独立线圈rx1。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图6，闭合发射端的投切开关stx1，断开发射端的投切开关stx2和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈仅独立线圈tx1。闭合接收端的投切开关srx2，断开接收端的投切开关srx1和srx3，此时，接收端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1和rx2。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图7，闭合发射端的投切开关stx1，断开发射端的投切开关stx2和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈仅有独立线圈tx1。闭合接收端的投切开关srx3，断开接收端的投切开关srx1和srx2，接收端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1、rx2、rx3。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图8，闭合发射端的投切开关stx2，断开发射端的投切开关stx1和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1和tx2。闭合接收端的投切开关srx2，断开接收端的投切开关srx1和srx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1和rx2。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图9，闭合发射端的投切开关stx3，断开发射端的投切开关stx1和stx2，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1、tx2和tx3。闭合接收端的投切开关srx2，断开接收端的投切开关srx1和srx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1和rx2。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图10，闭合发射端的投切开关stx2，断开发射端的投切开关stx1和stx3，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1和tx2。闭合接收端的投切开关srx3，断开接收端的投切开关srx1和srx2，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1、rx2和rx3。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足如下谐振要求：

见图11，闭合发射端的投切开关stx3，断开发射端的投切开关stx1和stx2，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈tx1、tx2和tx3。闭合接收端的投切开关srx3，断开接收端的投切开关srx1和srx2，此时，发射端参与能量传输的独立线圈有独立线圈rx1、rx2和rx3。发射端、中继线圈、接收端中独立线圈的电感值和电容的电容值应满足：

本发明中，发射端独立线圈数n并不限于3，中继线圈数s并不限于2，接收端独立线圈数m并不限于3，n、s、m可取大于1的任意整数，具体取值根据实际需求设计而定。

发射端、中继线圈和接收端内各独立线圈的直径、形状、圈数可以相同或不相同，具体根据实际需求而定。