[發明專利]基于負電阻的并聯?并聯型無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201710934499.7
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107707032A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 張波;疏許健;韓沖;周佳麗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 馮炳輝

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸或無線輸電技術的領域，尤其是指一種基于負電阻的并聯-并聯型無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸技術可以實現電源與用電設備之間的完全電氣隔離，具有安全、可靠、靈活的優點。早在19世紀末，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)利用無線電能傳輸原理，在沒有任何導線連接的情況下點亮了一盞燈泡。基于磁耦合諧振式的無線電能傳輸是MIT的學者在無線電能傳輸領域取得的突破性進展，自2007年被公開發表以來，在無線電能傳輸領域引起了非常大的反響，越來越多的學者加入到無線電能傳輸技術的基礎研究和應用開發中來。

在目前的諧振式無線電能傳輸系統中，高頻、高可靠、大功率電源的實現一直是該技術應用到大功率負載輸電的一個重要難題。傳統的無線電能傳輸系統通常由驅動源、發射電路、接收電路和負載組成，其中驅動源決定了系統參數且作為系統電源的轉換和控制部分成為無線電能傳輸中最重要的部分。為了滿足無線電能傳輸系統高頻化、高效化的發展趨勢，通常采用開關型驅動源(功率放大器)如D類、E類功率放大器，雖然這類功率放大器的理論效率達到了100％，但輸出功率較低，只適用于小功率的應用場合。而目前大功率的應用場合多采用IGBT和MOSFET管構成的橋式逆變器，同時配合不同的軟開關算法來實現電能的無線傳輸，但其工作頻率低、傳輸距離短。因此，受功率開關管及電路拓撲結構等因素的制約，在現有的技術條件下，實現高頻(MHz以上)、高可靠、大功率開關變換器還相當困難。

負電阻是一種滿足歐姆定律和串并聯法則的有源組件。和電阻相反，負電阻的電壓、電流基波的相位差為π，在電路中的功率為負，即向電路釋放電能。負電阻具有多種實現方式，如利用正電阻和運放構成。以往負電阻多被用來提高反相放大器的輸入阻抗，中和LC振蕩回路的正電阻等，而很少當作電源來為電路供電。負電阻相比較高頻逆變器，具有系統結構簡單、無需使用MOSFET、可以達到很高工作頻率等優點，因此可以解決目前高頻逆變器無法進一步高頻化的難題。并且系統的工作頻率由電路中組件的取值所決定。在一工作頻率下，系統的傳輸效率可以保持在很高的水平，且在很長一段范圍內隨著距離的改變保持基本恒定，實現了無線電能的穩定傳輸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于負電阻的并聯-并聯型無線電能傳輸系統，利用負電阻產生能量的性質，實現對電路的供能，從而替代了傳統的并聯-并聯型無線電能傳輸系統中的高頻逆變源，使得系統的結構更加簡單，工作頻率更高，傳輸效率更穩定。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：基于負電阻的并聯-并聯型無線電能傳輸系統，包括相連接的負電阻和發射電路以及相連接的接收電路和負載，所述發射電路和接收電路通過電磁感應耦合的方式實現電能的無線傳輸；所述發射電路包括并聯連接的原邊電容和原邊發射線圈，所述原邊發射線圈包括串聯連接的原邊電感和發射電路內阻，所述發射電路內阻是指除副邊反射到原邊的電阻外的發射電路所有正電阻；所述接收電路包括并聯連接的副邊接收線圈和副邊電容，所述副邊接收線圈包括串聯連接的副邊電感和接收電路內阻，所述接收電路內阻是指除負載以外的接收電路所有正電阻。

所述負電阻的電壓、電流關系滿足：v_R＝-Ri_R，相位關系滿足：其中，i_R為流過負電阻的電流基波，v_R為負電阻兩端的電壓基波，R為負電阻的阻值，為v_R與i_R之間的相位差；所述負電阻的功率滿足：其中，P為負電阻的功率，-表明負電阻向外放出能量。

本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：

1、系統結構簡單，負電阻的構造方式多種多樣。

2、利用負電阻替代并聯-并聯型無線電能傳輸系統的高頻功率源，可以有效解決目前高頻、大功率開關變換器難以實現的技術難題。

3、系統工作頻率由電路中組件值所決定。在這一工作頻率下，系統可以保持很高的效率，實現穩定的無線電能傳輸。

附圖說明

圖1為實施方式中提供的系統電路圖。

圖2為實施方式中負電阻的電壓和電流的波形圖。

圖3為實施方式中傳輸效率和傳輸距離的關系圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。