[实用新型]一种基于负电阻的混合无线电能传输系统

说明书

本实用新型公开了一种基于负电阻的混合无线电能传输系统，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；发射电路包括与原边电路连接的耦合电极板及与该耦合电极板串联连接的发射线圈和原边补偿电容，发射线圈包括串联连接的原边电感和发射电路内阻；接收电路包括与副边电路连接的耦合电极板及与该耦合电极板串联连接的接收线圈和副边补偿电容，接收线圈包括串联连接的副边电感和接收电路内阻；发射电路和接收电路之间通过耦合电极板之间的电场耦合以及发射、接收线圈之间的磁场耦合两种方式同时向负载供电，实现无线电能传输。本实用新型可增加耦合系统的传输距离，实现大功率、远距离、稳定的无线电能传输。

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输的技术领域，尤其是指一种基于负电阻的混合无线电能传输系统。

背景技术

传统的有线输电方式由于需要大量的金属导线和繁冗的架线工程，具有降低用电装置灵活性、受工作环境影响大等很明显的缺点。为了解决传统电能传输方式的局限性问题，无线电能传输技术已在多年前被提出。这种方式取电方便、节约金属资源且无需繁杂的架线工程，弥补了传统有线输电方式的缺陷。

无线电能传输技术主要包括磁场耦合式、电场耦合式和微波式等。微波式虽然传输距离可以达到很远，但效率极低、功率小且耗散严重，目前应用较少。在实际应用场合，磁场耦合式和电场耦合式由于传输功率较大、效率较高，近年来被研究较多。但这两种方式的传输性能均严重受传输距离的限制。随着距离增大，传输效率将大大降低，不利于系统的实际应用。目前，电场耦合式无线输电的传输距离多在厘米等级，磁场耦合式的传输距离多在几十厘米的等级。如何有效提高无线电能传输的距离并保持系统的高效性是该技术目前面临的一个重要难题。

此外，传统的无线电能传输系统中，为了满足高频化、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，但其只能应用于小功率场合；大功率场合采用IGBT和MOSFET管构成的桥式逆变器，配合不同的软开关算法来实现电能传输，但其工作频率低、传输距离短。

负电阻是一种满足欧姆定律和串并联法则的有源组件，在电路中的功率为负，向电路释放电能，其具有多种实现方式，如利用正电阻和运放构成。负电阻相比较高频逆变器，具有系统结构简单、无需使用MOSFET、可以实现高频等优点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于负电阻的混合无线电能传输系统，将负电阻作为系统功率源，结合磁场耦合和电场耦合两种无线输电方式同时向负载供电，增加了传统电场耦合和磁场耦合无线输电的传输距离，且系统的传输功率高，传输效率可以保持在很高的水平，且在长距离范围内随着距离的改变保持基本恒定，大大降低其对传输距离的敏感性，实现系统电能的稳定传输。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于负电阻的混合无线电能传输系统，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；所述发射电路包括与原边电路连接的耦合电极板及与该耦合电极板串联连接的发射线圈和原边补偿电容，所述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原边电路所有内阻之和，所述原边电感、原边补偿电容和发射电路内阻串联连接构成RLC 串联谐振电路；所述接收电路包括与副边电路连接的耦合电极板及与该耦合电极板串联连接的接收线圈和副边补偿电容，所述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接收电路所有元件的内阻之和，所述副边电感、副边补偿电容和接收电路内阻串联连接构成RLC串联谐振电路；所述发射线圈和接收线圈同名端相反，它们之间通过磁场耦合传输电能，即所述发射线圈通过磁场耦合传递能量到接收线圈，所述发射电路的耦合电极板与接收电路的耦合电极板之间能够产生位移电流，即所述发射电路的耦合电极板通过电场耦合传递能量到接收电路的耦合电极板，这样电场和磁场传递的能量能够同时给负载供电。