[實用新型]一種基于負電阻的混合無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201820181061.6
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN208299548U
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 張波;劉功俊;疏許健
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 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

本實用新型公開了一種基于負電阻的混合無線電能傳輸系統，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；發射電路包括與原邊電路連接的耦合電極板及與該耦合電極板串聯連接的發射線圈和原邊補償電容，發射線圈包括串聯連接的原邊電感和發射電路內阻；接收電路包括與副邊電路連接的耦合電極板及與該耦合電極板串聯連接的接收線圈和副邊補償電容，接收線圈包括串聯連接的副邊電感和接收電路內阻；發射電路和接收電路之間通過耦合電極板之間的電場耦合以及發射、接收線圈之間的磁場耦合兩種方式同時向負載供電，實現無線電能傳輸。本實用新型可增加耦合系統的傳輸距離，實現大功率、遠距離、穩定的無線電能傳輸。

技術領域

本實用新型涉及無線電能傳輸的技術領域，尤其是指一種基于負電阻的混合無線電能傳輸系統。

背景技術

傳統的有線輸電方式由于需要大量的金屬導線和繁冗的架線工程，具有降低用電裝置靈活性、受工作環境影響大等很明顯的缺點。為了解決傳統電能傳輸方式的局限性問題，無線電能傳輸技術已在多年前被提出。這種方式取電方便、節約金屬資源且無需繁雜的架線工程，彌補了傳統有線輸電方式的缺陷。

無線電能傳輸技術主要包括磁場耦合式、電場耦合式和微波式等。微波式雖然傳輸距離可以達到很遠，但效率極低、功率小且耗散嚴重，目前應用較少。在實際應用場合，磁場耦合式和電場耦合式由于傳輸功率較大、效率較高，近年來被研究較多。但這兩種方式的傳輸性能均嚴重受傳輸距離的限制。隨著距離增大，傳輸效率將大大降低，不利于系統的實際應用。目前，電場耦合式無線輸電的傳輸距離多在厘米等級，磁場耦合式的傳輸距離多在幾十厘米的等級。如何有效提高無線電能傳輸的距離并保持系統的高效性是該技術目前面臨的一個重要難題。

此外，傳統的無線電能傳輸系統中，為了滿足高頻化、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，但其只能應用于小功率場合；大功率場合采用IGBT和MOSFET管構成的橋式逆變器，配合不同的軟開關算法來實現電能傳輸，但其工作頻率低、傳輸距離短。

負電阻是一種滿足歐姆定律和串并聯法則的有源組件，在電路中的功率為負，向電路釋放電能，其具有多種實現方式，如利用正電阻和運放構成。負電阻相比較高頻逆變器，具有系統結構簡單、無需使用MOSFET、可以實現高頻等優點。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提出了一種基于負電阻的混合無線電能傳輸系統，將負電阻作為系統功率源，結合磁場耦合和電場耦合兩種無線輸電方式同時向負載供電，增加了傳統電場耦合和磁場耦合無線輸電的傳輸距離，且系統的傳輸功率高，傳輸效率可以保持在很高的水平，且在長距離范圍內隨著距離的改變保持基本恒定，大大降低其對傳輸距離的敏感性，實現系統電能的穩定傳輸。

為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案為：一種基于負電阻的混合無線電能傳輸系統，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；所述發射電路包括與原邊電路連接的耦合電極板及與該耦合電極板串聯連接的發射線圈和原邊補償電容，所述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原邊電路所有內阻之和，所述原邊電感、原邊補償電容和發射電路內阻串聯連接構成RLC 串聯諧振電路；所述接收電路包括與副邊電路連接的耦合電極板及與該耦合電極板串聯連接的接收線圈和副邊補償電容，所述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接收電路所有元件的內阻之和，所述副邊電感、副邊補償電容和接收電路內阻串聯連接構成RLC串聯諧振電路；所述發射線圈和接收線圈同名端相反，它們之間通過磁場耦合傳輸電能，即所述發射線圈通過磁場耦合傳遞能量到接收線圈，所述發射電路的耦合電極板與接收電路的耦合電極板之間能夠產生位移電流，即所述發射電路的耦合電極板通過電場耦合傳遞能量到接收電路的耦合電極板，這樣電場和磁場傳遞的能量能夠同時給負載供電。