[发明专利]基于负电阻的并联‑并联型无线电能传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输或无线输电技术的领域，尤其是指一种基于负电阻的并联-并联型无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输技术可以实现电源与用电设备之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活的优点。早在19世纪末，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)利用无线电能传输原理，在没有任何导线连接的情况下点亮了一盏灯泡。基于磁耦合谐振式的无线电能传输是MIT的学者在无线电能传输领域取得的突破性进展，自2007年被公开发表以来，在无线电能传输领域引起了非常大的反响，越来越多的学者加入到无线电能传输技术的基础研究和应用开发中来。

在目前的谐振式无线电能传输系统中，高频、高可靠、大功率电源的实现一直是该技术应用到大功率负载输电的一个重要难题。传统的无线电能传输系统通常由驱动源、发射电路、接收电路和负载组成，其中驱动源决定了系统参数且作为系统电源的转换和控制部分成为无线电能传输中最重要的部分。为了满足无线电能传输系统高频化、高效化的发展趋势，通常采用开关型驱动源(功率放大器)如D类、E类功率放大器，虽然这类功率放大器的理论效率达到了100％，但输出功率较低，只适用于小功率的应用场合。而目前大功率的应用场合多采用IGBT和MOSFET管构成的桥式逆变器，同时配合不同的软开关算法来实现电能的无线传输，但其工作频率低、传输距离短。因此，受功率开关管及电路拓扑结构等因素的制约，在现有的技术条件下，实现高频(MHz以上)、高可靠、大功率开关变换器还相当困难。

负电阻是一种满足欧姆定律和串并联法则的有源组件。和电阻相反，负电阻的电压、电流基波的相位差为π，在电路中的功率为负，即向电路释放电能。负电阻具有多种实现方式，如利用正电阻和运放构成。以往负电阻多被用来提高反相放大器的输入阻抗，中和LC振荡回路的正电阻等，而很少当作电源来为电路供电。负电阻相比较高频逆变器，具有系统结构简单、无需使用MOSFET、可以达到很高工作频率等优点，因此可以解决目前高频逆变器无法进一步高频化的难题。并且系统的工作频率由电路中组件的取值所决定。在一工作频率下，系统的传输效率可以保持在很高的水平，且在很长一段范围内随着距离的改变保持基本恒定，实现了无线电能的稳定传输。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于负电阻的并联-并联型无线电能传输系统，利用负电阻产生能量的性质，实现对电路的供能，从而替代了传统的并联-并联型无线电能传输系统中的高频逆变源，使得系统的结构更加简单，工作频率更高，传输效率更稳定。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于负电阻的并联-并联型无线电能传输系统，包括相连接的负电阻和发射电路以及相连接的接收电路和负载，所述发射电路和接收电路通过电磁感应耦合的方式实现电能的无线传输；所述发射电路包括并联连接的原边电容和原边发射线圈，所述原边发射线圈包括串联连接的原边电感和发射电路内阻，所述发射电路内阻是指除副边反射到原边的电阻外的发射电路所有正电阻；所述接收电路包括并联连接的副边接收线圈和副边电容，所述副边接收线圈包括串联连接的副边电感和接收电路内阻，所述接收电路内阻是指除负载以外的接收电路所有正电阻。

所述负电阻的电压、电流关系满足：v_R＝-Ri_R，相位关系满足：其中，i_R为流过负电阻的电流基波，v_R为负电阻两端的电压基波，R为负电阻的阻值，为v_R与i_R之间的相位差；所述负电阻的功率满足：其中，P为负电阻的功率，-表明负电阻向外放出能量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、系统结构简单，负电阻的构造方式多种多样。

2、利用负电阻替代并联-并联型无线电能传输系统的高频功率源，可以有效解决目前高频、大功率开关变换器难以实现的技术难题。

3、系统工作频率由电路中组件值所决定。在这一工作频率下，系统可以保持很高的效率，实现稳定的无线电能传输。

附图说明

图1为实施方式中提供的系统电路图。

图2为实施方式中负电阻的电压和电流的波形图。

图3为实施方式中传输效率和传输距离的关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。