[發明專利]一種高輸出功率的無線電能輸出裝置

在審

• 申請號: 201611154802.3
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN107040051A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 李華峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 葛瀟敏

技術領域

本發明涉及一種利用松耦合變壓器進行無線電能傳輸的裝置。

背景技術

無線電能傳輸技術(WPT)與傳統的接觸式充電相比較具有的方便靈活、環境適應性強、安全可靠等優點使得其吸引著國內外越來越多的專家學者對此進行研究。電磁共振式WPT系統的關鍵為其非接觸變壓器，由于非接觸變壓器本身的松耦合結構帶來了耦合系數較低且隨著距離的延長而迅速下降的特點，導致電能傳輸質量隨著距離的增加而急劇下降的惡果。當傳輸距離確定時，如何提高傳輸功率是電磁共振式WPT技術發展的瓶頸。

當WPT系統的元件參數、工作頻率、輸入電壓和傳輸距離確定時，輸出功率受變壓器原邊的等效損耗電阻影響較大，該電阻的存在降低了WPT的輸出功率。在不改變變壓器設計的前提下，如能采取其他措施減小該電阻，則可有效提高系統輸出功率。

圖6所示是一種現有電能傳輸裝置的電路圖，其中，原邊諧振網絡采用單電容C1，副邊諧振網絡采用單電容C2，其中，負載電阻R_L上的輸出功率是R₁為變壓器原邊電阻，R₂為變壓器副邊電阻，M為變壓器原副邊互感，u_i為輸入電壓，ω為輸入電壓角頻率。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種高輸出功率的無線電能輸出裝置，其可提高無線電能傳輸裝置輸出功率，使得原有的無線電能傳輸裝置在原有的驅動電壓輸入下能夠使負載電阻獲得更多的輸出功率。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種高輸出功率的無線電能輸出裝置，包括松耦合變壓器、原邊諧振網絡、負載電阻、副邊諧振網絡和驅動電源，其中，原邊諧振網絡的輸入端連接驅動電源，松耦合變壓器的原邊與原邊諧振網絡的輸出端連接，松耦合變壓器的副邊與副邊諧振網絡的輸入端連接，副邊諧振網絡的輸出端連接負載電阻；還包括有串聯在原邊諧振網絡與松耦合變壓器的原邊之間的負電阻。

上述負電阻包括運算放大器、第一反饋電阻器、第二反饋電阻器和輸入電阻器，其中，運算放大器的正輸入端作為負電阻的輸入端；第一反饋電阻器連接在運算放大器的輸出端與正輸入端之間，第二反饋電阻器連接在運算放大器的輸出端與負輸入端之間，輸入電阻器的一端連接運算放大器的負輸入端，另一端接地，且運算放大器的輸出端作為負電阻的輸出端。

上述負電阻包括運算放大器、第一反饋電阻器、第二反饋電阻器和輸入電阻器，其中，運算放大器的負輸入端作為負電阻的輸入端，第一反饋電阻器連接在運算放大器的輸出端與負輸入端之間，第二反饋電阻器連接在運算放大器的輸出端與正輸入端之間，輸入電阻器的一端連接運算放大器的正輸入端，另一端接地，且運算放大器的輸出端作為負電阻的輸出端。

上述原邊諧振網絡采用電感或電容。

上述原邊諧振網絡包括電感和電容，電感的兩端分別作為原邊諧振網絡的第一輸入端和第一輸出端，電容的一端連接原邊諧振網絡的第一輸出端，電容的另一端作為原邊諧振網絡的第二輸入端和第二輸出端。

上述副邊諧振網絡采用電感或電容。

上述副邊諧振網絡包括電感和電容，電感的兩端分別作為副邊諧振網絡的第一輸入端和第一輸出端，電容的一端連接副邊諧振網絡的第一輸出端，電容的另一端作為副邊諧振網絡的第二輸入端和第二輸出端。

采用上述方案后，本發明通過在松耦合變壓器的原邊繞組串聯負電阻，該負電阻部分地抵消了原邊繞組的電阻，在同樣的驅動電源作用下，松耦合變壓器原邊流入更大的電流，松耦合變壓器副邊感應出更高電壓，從而使負載電阻獲得更高的輸出功率。

附圖說明

圖1是本發明的電路圖；

圖2是本發明中負電阻的一種實現電路圖；

圖3是本發明中負電阻的另一種實現電路圖；

圖4是僅采用電容的諧振網絡電路圖；

圖5是采用LC連接的諧振網絡電路圖；

圖6是現有電能輸出裝置的一種具體電路圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。