[发明专利]基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统，其特征在于，包括发射端的发送装置和接收端的接收装置，发送装置包括交流电源、发射端线圈、发射端补偿电容、发射端等效损耗内阻，接收装置包括接收线圈、接收端谐振电容、接收端等效损耗内阻以及负载；所述交流电源、发射端线圈、发射端补偿电容、发射端等效损耗内阻串联，所述接收线圈、接收端谐振电容、接收端等效损耗内阻以及负载串联，接收线圈和接收端谐振电容构成提供能量的等效负电阻；

所述接收端等效负电阻两端的电压和流过的电流关系为相位关系为其中为流过接收端等效负电阻的基波电流的有效值，为接收端等效负电阻两端的基波电压有效值，-R_m为接收端等效负电阻的阻值；

所述发射端LC串联谐振频率为：所述接收端LC串联谐振频率为接收端等效负电阻PT对称的条件为：

上述公式中，ω₀为PT对称条件下的谐振频率，R_L为负载阻值，-R_m为接收端等效负电阻阻值，L₁和L₂分别为发射端线圈和接收端线圈电感值，C₁和C₂分别为发射端和接收端补偿的谐振电容值，R₁、R₂分别为发射端和接收端等效损耗内阻值，k为发射线圈和接收线圈之间的互感系数，k₀为PT对称的临界耦合系数。

2.根据权利要求1述的一种基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统，其特征在于，若无线供电系统工作频率ω与PT对称条件下的谐振频率ω₀不相等，接收端等效负电阻R_m为：

系统角频率ω为：

耦合系数k的范围为:

发射端谐振腔损耗电阻R₁小于接收端谐振腔损耗电阻R₂与负载电阻R_L之和，即R₁R₂+R_L，所以基于接收端等效负电阻PT对称的区域大于基于发送端等效负电阻PT对称的区域。

3.根据权利要求2述的一种基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统，其特征在于，若无线供电系统工作频率ω与PT对称条件下的谐振频率ω₀相等，接收端等效负电阻R_m为：

4.根据权利要求2或3述的一种基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统，其特征在于，系统的工作频率f为：

其中为系统的固有谐振频率，

供电系统的负载电阻功率P_L为：

其中，U_in表示发射端输入电压；

系统的传输效率η为：

其中，分别表示发射端和接收端电流。

5.根据权利要求4述的一种基于接收端等效负电阻PT对称的无线供电系统，其特征在于，系统发射端电压和发射端电流的向量表达式之比为：

当L₁＝L₂＝L，C₁＝C₂＝C时，i₁滞后u_in相位角表达式为：

在ωω₀且R₁R₂+R_L条件下，当kk₀时，i₁滞后u_in，发射端工作在感性状态下，当kk₀时，i₁与u_in同向，发射端工作在谐振状态下；

接收端的电流i₂与发射端电压u_in的相位关系为：

为u_in滞后i₂角度。