[发明专利]新型迟滞高电压输出无线电能接收装置的设计方法

说明书

本发明公开了一种新型迟滞高电压输出无线电能接收装置的设计方法。在这种新型无线电能接收装置中包含了一个迟滞高电压输出谐振器。迟滞高电压输出谐振器包括：接收线圈，接收线圈补偿电容，一对反并联二极管。本发明利用迟滞高电压输出谐振器的电压幅值与频率响应方程，设计了一种用于无线电能传输系统中的迟滞高电压输出谐振器，实现了高电压输出，并且拓宽了输出电压的频带范围。本发明提出的迟滞高电压输出无线电能接收装置不需要额外的控制电路，拥有较低的成本，对工作频率没有限制，具有很强的实用性，可靠性和自适应性。

技术领域

本发明属于无线电能传输装置及方法技术领域，具体涉及一种新型迟滞高电压输出无线电能接收装置的设计方法。

背景技术

无线电能传输技术是一种通过电磁效应或者能量交换作用实现从电源到负载无电气接触地进行电能传输的新型输电方式。无线电能传输系统采用两个或多个具有相同频率的谐振器，实现能量的交换，摆脱了传统电能传输导线的束缚，相比传统导线输电方式，其具有安全可靠等优点，尤其适用于一些特殊的应用场合，因此受到了越来越广泛的关注。为了让人们早日享受到无线电能传输带来的便利，研制出具有高效率、高稳定性、灵活方便等特点的无线电能传输系统已经成为近年来众多学者与工程师热捧的研究课题。

无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。基于磁耦合谐振的无线能量传输技术打破了电磁感应方式传输效率依赖于耦合系数的传统思路，为无线能量传输技术带来了突破。该系统依靠线圈磁耦合共振强耦合实现能量的高效率、大距离传输，并不依赖于发送与接收线圈间的耦合系数。另外，由于磁耦合谐振式无线电能传输系统具有良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。

磁耦合谐振式无线传能技术提高了传输效率和传输距离，实用性得到了很大的提高。但是在实际应用中，环境变化，电路原件老化等因素会导致电路参数变化，这会导致阻抗失配，使输出电压降低，传输效率急剧下降。因此，如何解决磁耦合谐振系统中频率失谐导致的传输能效急剧下降的问题刻不容缓。因此，应当寻找一种技术方案让磁耦合谐振系统在阻抗失配的情况下保持高能效传输。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种新型迟滞高电压输出无线电能传接收装置的设计方法，当激励频率变化时，仍能保持稳定的高电压输出，从而实现高能效传输。

本发明通过以下技术方案予以实现：新型迟滞高电压输出无线电能接收装置的设计方法，其特征在于具体过程为：所述新型迟滞高电压输出无线电能接收装置采用迟滞高电压输出谐振器，它包括接收线圈，接收线圈的自感L，接收线圈的补偿电容C和一对反并联二极管D，发射端电能传送至接收端后得到的接收端等效电源电压为V，其大小表示为：

V＝Esin(ωt)

式中，E为接收端等效电源电压的幅值，ω为接收端等效电源电压的频率；

无线电能接收装置中，接收线圈，接收线圈的补偿电容，一对反并联二极管以及负载串联得到谐振电路，无线电能接收装置中所有元件及负载的等效电阻为R，无线电能接收装置中所有元件及负载等效电阻R的伏安特性为：

V_R＝A₁I+A₂I²+A₃I³