CN104979914A - 一种电场耦合式无线电能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电场耦合式无线电能传输系统，属无线传输电技术领域。包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板；后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压；电极板部分连接于前级电路和后级电路之间。本发明大大提高系统的安全性，传输功率，同时还可降低能量耗散和电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种电场耦合式无线电能传输系统，属于无线传输电技术领域。
背景技术
早在1897年尼古拉·特斯拉就曾提出无线输电的概念并注册了二十多项发明专利，但此后无线输电技术一直没有得到长远的发展，直到2007年麻省理工学院展示了一套可隔空2米传输60瓦功率的无线输电系统。这激发了广大科学家的兴趣和热情。
无线输电技术在此后有了较大的进步，但大多系统均基于磁感应或磁谐振耦合原理。这两种系统均由发射端产生交变磁场并由电磁感应原理在接收端激发感生电流来完成能量的无线传输。
但无论是磁感应式还是磁耦合谐振式传输系统，均对发射线圈和接收线圈的相对位置具有较高的要求，位置偏移将大幅降低系统的传输功率和效率。同时，这两种系统的发射线圈和接收线圈均由特制铜线绕制而成，需要消耗大量的铜材，不利于资源节约。金属物体若处于磁场范围之内还会产生对传输功率的磁场产生屏蔽作用并在金属内部产生涡流。此外，线圈需要绕制为特定的形状还限制了无线充电系统的灵活性，不符合无线输电系统对灵活性的追求。
因此国外有学者进行了电容式无线输电技术的研究，利用电场耦合替代磁耦合来传输电能。电容式系统具有更好的偏移容错性能和更好的灵活性。但此系统需要更高的电压（千伏级）来产生足够强度的电场以传输能量，安全性成为了一个问题。同时，由于一般采用两套极板并置，整个系统的传输电容进一步减小导致传输功率降低。泄露的电场也会对周围的电子设备产生干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种电场耦合式无线电能传输系统，用于解决改善系统的安全性问题，提高传输功率，减少对外界的电磁干扰。
本发明技术方案是：一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
所述伴随电容C3、伴随电容C4通过不同的极板配置和超材料的应用改变大小，与前级电路部分、后级电路部分中的补偿网络共同形成谐振电路。
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
所述发射极板PS2（5）直接接地或通过电容进行接地处理，可将系统各部分杂散电容产生的电流等集中到接地电容直接流入大地，降低了杂散电容引起的电磁干扰。
所述补偿网络所用电感能使用前级电路部分、后级电路部分的变压器单边来作为补偿电路的一部分，变压器为隔离变压器或高频升/降压变压器。
在各套电极板的两块极板之间，可采用超材料，即可调整电路特性，又可使用在工作频率点上介电常数接近为零的超材料来进行电场屏蔽。
进行连接并形成连接电阻7的一套极板中，其中的发射极板可以直接接地或通过接地电容进行接地处理。
所述电极板部分包括一套电极板或者两套以上电极板，即系统中的两套发射极板可以进行扩展，即可采用多套极板或省略使用连接电阻连接的那套极板而仅采用一套收发极板传输电能。
本发明的工作原理是：
系统工作时，由前级电路产生高频高压交变电压，由等效传输电容C1、C2和连接电阻（7）构成的并置网络共同传输功率至接收端，经整流后供给用电器。
由于对于大多数无限输电实际应用对充电极板的大小形状都具有一定的要求，但为满足用电器对功率等参数的要求，需要特定大小的电容电感来进行无功补偿和构成谐振电路。因此本发明采用超材料作为一侧极板间的介质，通过设计满足需求的超材料来实现极板与电路部分更好的配合；
采用变压器的一边作为补偿电感来实现无功补偿和构成谐振网络。在发射边可使用升压变压器进一步提高谐振电压降低回路电流，从而可以降低连接电阻上的压降。接收端可以使用降压变压器实现高压到用电器低压的转换；
所述电极板，在连接电阻很小时，可直接仅使用如图5所示两块极板进行能量传输，回路电流由连接电阻流过。由于没有另一套极板的屏蔽作用，本专利中可采用在工作频率点介电常数为零的超材料来进行电磁屏蔽。另外，发射极板通过电容接地或直接接地，进一步降低了系统对外界的电磁干扰。
所述等效传输电容C1、等效传输电容C2、伴随电容C3（2）、伴随电容C4（8）均为极板之间形成的等效电容而不是购买的电容器元件，连接电阻7为连接过程中形成的电阻而非电阻元件。
所述伴随电容C3、C4，在采用一套电极板时（发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）及连接电阻7连接如图5所示），由于没有发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）而无法形成。因此在采用一套极板的配置方式时，可以使用实际电容器C3、C4来组成补偿网络，且补偿网络拓扑结构无需变动。
所述连接电阻7，在电动自行车的无线充电应用中，电动自行车的金属支架可作为发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）的连接并形成连接电阻7。在电动汽车的无线充电应用中，可使用由导电橡胶制成的轮胎作为发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）的连接并形成连接电阻7。
本发明对比已有技术具有以下创新点：
1.本发明将一套传输极板中的两块进行连接并形成一个连接电阻，这是考虑到实际应用中用电器始终需要支撑而有条件使发射侧的极板与接收侧的极板产生连接。因此这不会降低系统的灵活性。
2.本发明可采用超材料作为一侧极板间的介质材料，可以调节工作频率点的介电性能来配合电路特性。
3.本发明可将连接有连接电阻的发射极板通过电容进行接地或直接接地。
本发明的有益效果是：
1.本发明可大幅提高无线输电系统安全性。将一套极板中的发射侧和接收侧连接起来之后，系统的回路电流即可通过连接电阻流通，而非仅有传输电容一条通路。这样，当系统工作时，若有人体接触到发射极板，由于人体电阻远大于连接电阻，所以绝大部分电流依然经连接电阻流通，而避免了极板间高压对人体造成伤害。这将大大提高电场谐振式无线输电系统的安全性。
2.本发明在消耗相等极板材料条件下相比于已有技术最高可提升四倍传输功率。现有系统多采用两套传输极板直接并置，所产生的两个等效电容在电能传输回路中为串联的结构。两容量相等电容串联后总容量减半。由于电场耦合无线输电系统的传输功率正比于传输电容，因此现有结构中串联的两个等效电容相当于降低了系统总的传输电容而使系统功率大大削减，而且消耗较多的铜材。先比于现有结构，本发明将系统中的某一套传输极板用连接电阻短接，当接地电阻足够小的时候，此套极板相当于被短路而可以直接省略。这样即提高了总体传输电容，又减少了极板材料的消耗。而在消耗相同极板材料的情况下，本发明可传输的功率最高可为现有结构的四倍。
3.本发明可大幅降低系统工作时对外界造成的电磁干扰。将连接电阻所接极板进行直接接地或者通过接地电容进行接地，可将系统各部分杂散电容产生的电流等集中到接地电容直接流入大地，降低了杂散电容引起的电磁干扰。同时由于连接电阻的存在，两侧极板间形成一个半封闭的接地金属腔，可屏蔽传输功率的高频电场的泄露。而在连接电阻较小而省略一套极板的配置下，则可通过调整超材料的特性使之在工作频率点介电常数为零来实现屏蔽。
附图说明
图1为本发明部分等效电路原理图；
图2为本发明实施例一、实施例三、实施例四的部分电路结构示意图；
图3为本发明实施例二部分电路结构示意图；
图4为本发明实施例三、实施例四的部分电路结构示意图；
图5为本发明电极板部分的部分电路结构示意图。
图1中各标号：1-补偿电感Ⅰ，2-伴随电容C3，3-发射极板PS1，4-接收极板PR1，5-发射极板PS2，6-接收极板PR2，7-连接电阻，8-伴随电容C4，9-补偿电感Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-2所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
所述发射极板PS2（5）直接接地或通过电容进行接地处理，可将系统各部分杂散电容产生的电流等集中到接地电容直接流入大地，降低了杂散电容引起的电磁干扰。
系统工作时，由前级电路产生高频交变电流，经过由补偿电感Ⅰ（1）和伴随电容C3（2）组成的谐振网络后产生高频高压交变电流。由等效传输电容C1、C2和连接电阻（7）构成的并置网络共同传输功率至接收端，经整流后供给用电器。
实施例2：如图1，图3所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
实施例3：如图1，图2，图4所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
所述发射极板PS2（5）直接接地或通过电容进行接地处理。
所述补偿网络所用电感能使用前级电路部分、后级电路部分的变压器单边来作为补偿电路的一部分，变压器为隔离变压器或高频升/降压变压器。
实施例4：如图1，图2，图4所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
所述伴随电容C3、伴随电容C4通过不同的极板配置和超材料的应用改变大小，与前级电路部分、后级电路部分中的补偿网络共同形成谐振电路。
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
所述发射极板PS2（5）直接接地或通过电容进行接地处理，可将系统各部分杂散电容产生的电流等集中到接地电容直接流入大地，降低了杂散电容引起的电磁干扰。
所述补偿网络所用电感能使用前级电路部分、后级电路部分的变压器单边来作为补偿电路的一部分，变压器为隔离变压器或高频升/降压变压器。
系统工作时，由前级电路产生高频交变电流，经过由补偿电感Ⅰ（1）和伴随电容C3（2）组成的谐振网络后产生高频高压交变电流。由等效传输电容C1、C2和连接电阻（7）构成的并置网络共同传输功率至接收端，经整流后供给用电器。
由于对于大多数无限输电实际应用对充电极板的大小形状都具有一定的要求，但为满足用电器对功率等参数的要求，需要特定大小的电容电感来进行无功补偿和构成谐振电路。因此本发明采用超材料作为一侧极板间的节制，通过设计满足需求的超材料来实现极板与电路部分更好的配合；
采用变压器的一边作为补偿电感来实现无功补偿和并联谐振。在发射便可使用升压变压器进一步提高谐振电压降低回路电流，从而可以降低连接电阻上的压降。接收端可以使用降压变压器实现高压到用电器低压的转换；
所述电极板，在连接电阻很小时，可直接仅使用如图5所示两块极板进行能量传输，回路电流由连接电阻流过。由于没有另一套极板的屏蔽作用，本实施例中采用在工作频率点介电常数为零的超材料来进行电磁屏蔽。另外，发射极板通过电容接地或直接接地，进一步降低了系统对外界的电磁干扰。
实施例5：如图1-5所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
实施例6：如图1- 5所示，一种电场耦合式无线电能传输系统，包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：包括前级电路部分、后级电路部分、电极板部分；
所述前级电路部分连接于市电电网部分，前级电路部分主要由滤波电路、功率因数校正电路、工频整流电路、高频交流逆变电路以及补偿网络组成；该前级电路部分接入电网，电流经滤波、整流、逆变的过程最终产生高频高压电压，供给发射极板，发射极板包括发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5），发射极板用于激发高频交变电场；
所述后级电路部分连接于用电器部分，后级电路部分主要由补偿网络、整流电路组成；接收极板位于发射极板激发的电场之中并感应出同频率的高频交变电压，高频交变电压经补偿网络后由整流电路整流后输出直流电压，接收极板包括接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）；
所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，每套电极板包括一块发射极板一块接收极板，每套电极板的两块极板之间构成一个等效传输电容，等效传输电容用于进行功率传输，两套电极板的四块极板构成了两个等效传输电容，两个等效传输电容连接关系为并置连接；所述两套电极板中其中一套的两块极板之间有连接而形成连接电阻，且此电阻与该两块极板之间构成的等效传输电容并联；
所述发射极板PS1（3）、发射极板PS2（5）外接前级电路部分，此两块发射极板间形成伴随电容C3；
所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）外接后级电路部分，此两块接收极板间形成伴随电容C4。
2.根据权利要求1所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述电极板部分连接于前级电路和后级电路之间，电极板部分包括两套电极板，两套电极板包括发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）、发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）四块极板，发射极板PS1（3）、接收极板PR1（4）之间形成一个等效传输电容C1，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成一个等效传输电容C2，等效传输电容C1与等效传输电容C2并置连接，发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）之间形成等效的连接电阻（7），连接电阻（7）与发射极板PS2（5）、接收极板PR2（6）构成的等效传输电容C2并联；
所述发射极板PS1（3）与发射极板PS2（5）形成伴随电容C3，接收极板PR1（4）与接收极板PR2（6）形成伴随电容C4，伴随电容C3两端并联连接补偿电感Ⅰ（1），伴随电容C4两端并联连接补偿电感Ⅱ（9）；伴随电容C3两端外接前级电路部分，伴随电容C4两端外接后级电路部分。
3.根据权利要求2所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述伴随电容C3、伴随电容C4通过不同的极板配置和超材料的应用改变大小，与前级电路部分、后级电路部分中的补偿网络共同形成谐振电路。
4.根据权利要求2所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述接收极板PR1（4）、接收极板PR2（6）两块极板之间采用超材料作为极板间介质。
5.根据权利要求2所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述发射极板PS2（5）直接接地或通过电容进行接地处理。
6.根据权利要求1所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述补偿网络所用电感能使用前级电路部分、后级电路部分的变压器单边来作为补偿电路的一部分，变压器为隔离变压器或高频升/降压变压器。
7.根据权利要求1所述的电场耦合式无线电能传输系统，其特征在于：所述电极板部分包括一套电极板或者两套以上电极板。
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