无线电能传输设计报告
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
一、实验目的：
研究磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率及影响因素。
二、实验器材：
1.无线电能传输系统主要器件：发射端和接收端线圈、电容、电阻、谐振电路；
2.发射端电源和信号源；
3.接收端负载电阻、直流电压表；
4.实验仪器：示波器、信号生成器。
三、实验原理：
四、实验步骤：
1.搭建发射端和接收端线圈、电容、电阻和谐振电路的结构；
2.给发射端线圈接入电源和信号源，在示波器上观察是否能产生高频电磁场信号；
3.给接收端线圈接入负载电阻，并用直流电压表测量输出电压；
4.调节信号频率，观察输出电压的变化；
5.测量不同频率下的输出电压大小，并记录；
6.根据测量结果，绘制输出电压与频率的关系曲线；
7.改变发射端和接收端之间的距离，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
8.根据测量结果，绘制输出电压与距离的关系曲线；
9.改变发射端和接收端线圈的尺寸，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
10.根据测量结果，绘制输出电压与线圈尺寸的关系曲线；
11.分析实验结果，探讨传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系。
五、实验注意事项：
1.实验时需保证线圈与电容及电阻之间的连线正确；
2.实验时应注意观察信号源和示波器的显示，避免高频电磁场对其他
设备造成干扰；
3.实验时需小心操作，避免触摸电源线或其他高压部件。
六、预期结果：
1.通过实验数据得出输出电压与频率、距离、线圈尺寸之间的关系曲线；
2.分析曲线，得出传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系；
3.得出优化磁耦合谐振式无线电能传输系统的方向，以提高传输效率。
毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计
本科毕业设计论文开题报告题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期电能无线传输装置的硬件设计姓名：专业班级：1 课题研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。
大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。
这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。
例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。
在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。
在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。
这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。
无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。
实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。
电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。
无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。
作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。
一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。
无线传能LED设计报告
无线传能LED设计报告概要本无线传能LED系统由发射部分，接收部分，智能控制部分组成。
发射部分采用LT494芯片产生一个方波驱动IRF3205，通过RC谐振产生正弦电流，通过初级线圈发射出去。
接收部分是由初级线圈中变化电流产生的变化磁场引起次级线圈中产生一正弦电流从而点亮三个LED。
智能控制部分是通过ＭＰＳ４３０显示去系统的工作状态，并通过测压电阻两端电压与ＴＬ４９４的基准电压比较作为过流保护。
一．方案论证１）发射部分方案一：采用ｍｐｓ４３０产生一个方波，驱动一个莫斯管，形成一个交流，经线圈发射出去。
该方法产生的方波稳定，但由于提供的mps430引脚有限，很难同时实现发射和智能控制的功能。
方案二：利用以电源开关芯片为主体的逆变电路，直接将12V直流变成交流信号，该方法效率可靠，波形稳定，电路结构简单，思路清晰，便于操作。
因此选择方案二，更稳定，可靠，发射效率更高。
2)接收部分方案一将次级线圈产生的交流信号通过电桥整流，电容滤波成一个直流信号再给三个LED 供电。
该方案能是LED 两端电压更稳定，但整流，滤波会降低电压并消耗功率，使激发ＬＥＤ的电压更高，难度增大，实现困难。
方案二直接将次级线圈产生的交流信号直接给ＬＥＤ供电 ，该方案更容易激发ＬＥＤ，并且效率更高。
为了提高系统的效率和更有效的激发ＬＥＤ，所以采用方案二进行接收。
３）智能控制部分方案一采用ｍｓｐ４３０进行过流保护控制，该方案实用性强，但操作麻烦。
方案二直接利用比较器进行过流保护，可靠性强、易于操作。
为了增强可靠性，故采用方案二进行过流保护。
总体方案：12V(DC ）TL494逆变电路 发射线圈 接收线圈 LED 比较器（过流保护） Msp430工作状态显示部分二．单元电路1.发射电路1）电路图TL494逆变电路：2）电路测量数据和相关参数设计<1>TL494的基准电压值：5V2>获取谐振频率为了增大次级线圈的电压，尽可能的增大谐振频率f=1.1/RC，寻找最佳的电阻R。
无线充电,无线电能传输装置报告
项目编号：XXXXX大学大学生科研立项(创新训练项目)立项申请书所属学院（盖章）：电气工程学院项目名称：无线电能传输装置负责人：、指导教师：、所属学科：通信与电子类起止时间：2017.11-2018.11项目经费：1000填表日期： 2017.11共青团XXXXX大学委员会制二○一七年制填表说明一、立项申请书应按照本表格要求，逐项认真填写，内容必须实事求是，表达明确严谨，空缺处要填“无”。
二、“所属学科”按一级学科列出，跨学科最多写三个。
三、“项目成员”按照实际参与项目实施的人员填写。
四、材料规格：用A4纸双面打印（复印），左侧装订。
五、材料报送：申报材料需纸质材料和电子文档一并提交。
四、项目技术路线（方法）与进度2017.11-2018.1 资料查询2018.1-2018.2 元件购买2018.2-2018.3 电路设计2018.3-2018.5 开始制作2018.5-2018.7 调整参数与电路整理2017.7-2017.11 设计论文五、项目预期成果及说明（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
六、项目经费使用情况：支出科目金额备注各种元器件800焊锡50车费50书籍100合计：1000。
小型无线电能传输装置设计与实现
小型无线电能传输装置设计与实现随着科技的快速发展，无线电能传输技术日益受到人们的。
在这种背景下，设计并实现一种小型无线电能传输装置，具有很高的实际应用价值。
本文将详细阐述这种装置的设计与实现过程。
无线电能传输技术是一种通过空间磁场或电磁波来传输能量的技术。
与传统的有线电能传输方式相比，无线电能传输具有很多优点，比如便捷性、安全性和环保性。
因此，无线电能传输技术在很多领域都有广泛的应用，比如电动汽车、智能家居和医疗设备等。
在小型无线电能传输装置的设计过程中，我们需要以下几个方面：电路设计、软件设计和硬件实现。
电路设计是整个装置的核心部分，它主要包括功率放大电路和振荡电路的设计。
在功率放大电路的设计中，我们需要考虑到放大器的增益、效率和线性度等因素，同时还需要对电路进行必要的测试和优化。
软件设计主要是指对装置的控制程序进行编写，包括对功率放大电路的控制、数据的采集和处理等方面。
硬件实现是指在电路板和元器件的选择、布局和连接等方面进行实际操作。
在实现过程中，我们遇到了很多问题，比如电路板的布局不合理、元器件的损耗过大以及电磁干扰等问题。
针对这些问题，我们采取了相应的解决方案，比如优化电路板的布局、选择低损耗的元器件和增加电磁屏蔽等措施。
最终，我们成功地实现了小型无线电能传输装置的研制。
这种小型无线电能传输装置在很多领域都有广泛的应用前景。
比如，它可以应用于无线充电领域，为手机、平板等移动设备提供便捷的充电方式；还可以应用于医疗设备领域，为植入式电子设备提供持续的电能供应。
这种装置还可以应用于智能家居、工业生产和军事等领域。
它的实现不仅提高了设备的便携性和安全性，还为很多新兴领域的应用提供了可能性。
小型无线电能传输装置的设计与实现具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
我们相信，随着科学技术的不断发展和进步，这种装置将会在更多领域得到应用和推广。
我们也期待这种装置在未来能够实现更高的能量传输效率和更广的应用范围，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
无线电能传输(课程设计报告)实验报告
实验报告1.实验原理与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。
无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。
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、RFID识别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。
在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。
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。
磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。
除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。
因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。
一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计
一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计本文设计了一种基于电磁感应原理的无线充电系统，电磁感应耦合充电可以实现电能从电能发射侧到电能接收侧的无线传输。
基于这种方式的无线电能传输系统主要有六个部分，包括变压、整流滤波、稳压、PWM、发射和接收。
本设计收发线圈可以随意移动，并且设计的电路比较简单，也很容易实现，这种设计比较适用于一些对于距离传输不是要求很高的地方。
通过测试，能够在几厘米的范围内进行电能传输并获得比较稳定的电压，传输效率高达70%，具有很好的实用价值。
A wireless power charging system is proposed in this paper. Based on the theory of electromagnetism induction, the power transfers from source coil to load coil without metallic contact. T he designed system includes the following components: Voltage transformation, rectifier filter, voltage stabilization, PWM, transmission and reception. T he designed device could be moved without limit and the design of the circuit is relatively simple and very easy to achieve. As the experimental results show, with an air gap of centimeter level, the transfer efficiency is up to 70%.1. 引言随着科学技术的不断进步，手机、MP3、平板电脑、笔记本、穿戴手表等大量的小功率电子产品走进我们的生活。
无线传输课程设计报告
电子综合课程设计(Ⅰ)报告设计题目：学院：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：起止日期：2014年7月9日目录摘要........................................................................................ 错误!未定义书签。
1. 设计任务 ............................................................................. 错误!未定义书签。
2. 设计方案 ............................................................................. 错误!未定义书签。
2.1红外遥控（IR Remote Control ） .......................... 错误!未定义书签。
2.2无线电遥控（RF Remote Control ）...................... 错误!未定义书签。
3. 系统设计 (6)3.1四位开关量的形成和还原 ........................................... 错误!未定义书签。
3.2编码和解码部分 ........................................................... 错误!未定义书签。
3.2.1 编码芯片PT2262的原理简介.......................... 错误!未定义书签。
3.2.2 编码芯片PT2272的原理简介 (10)3.3无线发射模块和接收模块 ........................................... 错误!未定义书签。
3.3.1无线发射模块 ...................................................... 错误!未定义书签。
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2014年湖北省TI杯大学生电子设计竞赛无线电能传输装置（F题）【本科组】2014年8月14日无线电能传输装置设计和总结报告摘要：本装置由前级升压电路、发射电路、接收电路和整流电路构成，通过发射线圈和接收线圈间磁耦合谐振进行电能的传输。
发射电路经过LC自激振荡将能量传递给接收电路，为了提高电能传输效率和输出功率，特设计带有抽头的接收线圈，使的接收电路可进行电压变比调节和电流变比调节，当阻抗匹配后，就可实现较大电能的传输，提升了传递效率。
测试结果显示：发射线圈和接收线圈相距10cm，负载为50Ω时，最大传递效率可达51%；带2个串联的1W LED灯负载时，两线圈间距离在0~60cm的范围内LED灯不熄灭；当输出电流为0.5A时，电能传输效率接近最大值。
关键词：无线传能；磁耦合谐振；阻抗匹配；高效率传输一、系统方案1.1系统结构磁耦合谐振式无线电能传输装置总体设计方案如图1.1所示。
图1.1 磁耦合谐振式无线电能传输装置总体设计方案示意图该系统总体设计方案由前级升压电路、自激振荡电路、电磁发射装置、电磁接收装置和整流电路构成。
前级升压电路由升压模块构成，可提高输入电压，增大输出功率，达到更高的传递效率。
自激振荡电路通过LC自激振荡产生一个确定的频率，更便于实现电磁发射装置和电磁接收装置的阻抗匹配，达到高效率的电能传输。
电磁发射装置由安规电容、无极性电容和发射线圈构成，通过调节电容的大小实现阻抗匹配，达到最大功率传输。
电磁接收装置由安规电容、无极性电容和接收线圈构成。
接收线圈通过抽头实现了电压变比调节和电流变比调节，在获得最大输出电流的同时，减小了对输出电压的影响，增大了输出功率，也使输出电压电流更稳定。
整流电路将接收的高频能量转换为直流输出，供直流负载使用。
综上所述，电能通过共振和磁场耦合在系统中进行传输，在整个电能的传输过程中，磁场之间的耦合效率决定了电能的传输效率，同时也决定了电能的传输距离。
该实验装置通过磁场耦合和共振传输能量，其能量传输过程如图 1.2 所示。
图 1.2 能量传输过程示意图1.2方案比较与选择（1）电磁发射装置方案选择发射线圈采用直径为4mm粗铜丝绕制成8圈直径为20cm的圆形柱状线圈。
方案一：全桥高频逆变发射装置全桥逆变电路将直流转换为高频交流，逆变频率可达几百千赫兹到几兆赫兹，这种高频交流加到并联LC电路两端，使LC产生振荡，但是此方案中逆变、外加驱动和单片机需要消耗能量，存在一定的损耗，不适合用于小功率无线电能传输，且装置转换效率受到很大影响，此方案不采用。
方案二：单管LC起振发射装置一个功率管高频开通关断使并联的发射线圈和电容振荡，将电能传输至接收装置，因为LC振荡频率未知，单管很难在合适频率的PWM波控制下并让LC振荡将最高效的电能传递出去，此方案不采用。
方案三：自激振荡发射装置通过自激振荡电路让两个MOS管交替开通关断，无需额外供电以及驱动电路，即可让LC产生振荡，此种方案优势在于其他损耗较小，对于小功率无线电能传输适合，可以达到较高的传输效率，固采用此方案。
（2）电磁接收装置方案选择接收线圈采用直径为4mm粗铜丝绕制成8圈直径为20cm的圆形柱状线圈方案一：将接收线圈两端与电容并联构成振荡电路后，与整流电路相连接，输出稳定直流，但此方案输出电压和电流相互之间影响较大，当输出电流较大时，输出电压较小；输出电压较大时，电流较小，固此方案不采用。
方案二： 将接收线圈两端与电容并联构成振荡电路后，在距接收线圈一端3/4处引出一抽头，将接收线圈一端和抽头连接到整流电路，这样整个接收线圈与耦合电容构成耦合电路，部分接收线圈和整流电路够成一恒流源，互不影响，此方案可在获得最大电流时，减小对输出电压的影响，使电能传输效率提高，固采用此方案。
二、理论分析与计算2.1无线传输装置工作原理分析磁耦合线圈是无线能量传输的核心，匹配调谐电路（C1、C2）与耦合线圈（L1、L2）相配合，实现共振。
能量从直流电流由匹配调谐电路和一次耦合线圈间的谐振作用转变为高频电流，通过磁场耦合传输到二次耦合线圈，再流过二次匹配调谐电路和整流电路供给负载 RL ，无线传输装置工作原理图如图2.1所示。
图2.1 无线传输装置工作原理图2.2无线传输装置效率分析电容 C1、C2分别使一次侧和二次侧各自达到谐振状态,谐振频率为2211/1/1C L C L w ==，p1为 r1消耗功率，p2为二次消耗功率。
一、二次消耗功率之比为21221/Q Q k p p =,式中Q1、Q2分别为一次侧和二次侧的品质因数，111/r wL Q = , )/(222L R r wL Q +=,式中L1和 L2为线圈等效自感, r1、r2是一次侧和二次侧的等效电阻，如图2.2所示，M 为线圈间互感，s V 为输入电压。
可见在耦合系数较小的情况下，通过引入谐振补偿，采用较高品质因数的谐振线圈可以使得二次侧得到较大的输入功率，实现较高效率的无线能量传输。
文献[5]中，认为高效率的无线能量传输装置，品质因数应达到210或以上。
文献[8]中，采用较高品质因数的自谐振线圈（Q=950±50），使得保持一定功率的条件下，达到较大的传输距离。
图2.2 无线电能传输装置工作原理简化图负载功率为：)/(22L L L R r p R p += 或 2212)/)(/(wM wM R r r R V p L L S L ++=，由以上公式可以求得，当 负 载 电 阻为 3/3//34212222r r M w r R L -+= 时，负载功率最大。
一次线圈的损耗 p1为)/()/1(21221Q Q k R r p p L L += ,二次线圈的损耗 p2为))/((222L L R r r p p +=，系统效率η为))1)(/(()/()/(21222122122Q Q k R r Q Q k R p p R r R p L L L L ++=++=）（η。
三、电路设计 3.1前级升压装置图3.1 前级升压装置电路图通过TI 的TPS40210芯片将15V 直流电源升压至24V ，以增大输入功率和传递效率。
3.2自激振荡电路和电磁发射装置设计图3.2 自激振荡电路和电磁发射装置电路图C3、C4、C5、C6、C7与L3构成发射谐振电路，通过调节C3的大小来达到阻抗匹配，实现最大能量耦合。
已知发射线圈电感为20uH ，振荡频率79.36KHz ，根据LC 谐振公式L f C ⨯⨯=224/1π求得谐振电容C3≈0.03uF 。
3.3电磁接收装置和整流电路设计图3.3电磁接收装置和整流电路图接收线圈L1与C1构成阻抗匹配电路，可通过调节C1,来达到最大能量耦合。
电路中D1、D2、D3、D4构成整流电路，通过C2滤波，供给负载直流电。
已知接收线圈电感为20uH ，为达到耦合接收装置LC 电路中电容C1大小也应为0.03uF ，但在实际配置中，此处电容C1只有0.1uF 时可达到耦合阻抗匹配。
在整流电路中，电解电容的作用是滤波，根据公式 ιU I C C ∆=/t 可得此处滤波电容C2大小为4700uF 。
四：测试结果与分析 4.1测试仪器：直流稳压电源、示波器、万用表、36Ω绕线电阻、100Ω滑动变阻器、1W LED灯（白光）、直尺。
4.2测试步骤步骤一：保持发射线圈与接收线圈间距x=10cm ，直流电压U1=15V ，输出端接100Ω滑动变阻器，调节滑动变阻器。
步骤二：保持输入直流电压U1=15V ，输出端接36Ω绕线电阻，改变发射线圈和接收线圈间距。
步骤三：输入直流电压U1=15V ，输入直流电流不大于1A ，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W ），在保持LED 灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x 。
4.3测试结果：步骤一测试结果：表1 阻抗匹配结果(1)表2 阻抗匹配结果(2)步骤二测试结果：表3 阻抗匹配结果(1)表4 阻抗匹配结果(2)步骤三测试结果：LED灯最远可在发射线圈与接收线圈相距51cm时不熄灭。
4.4测试分析由步骤一可得：保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm不变，输入直流电压U1=15V，负载为50Ω时，无线电能传输装置的效率可达到51%；随着负载阻值的增加功率先增加再减少；同时经过多次数据测量发现在输出电流为0.5A时，电能传输功率可接近最大值。
图4.1 负载大小与传递效率关系折线图(1)图4.2 负载大小与传递效率关系折线图(2)由步骤二可得：保持输入直流电压U1=15V，负载为36Ω时，当发射线圈与接收线圈的距离为8cm时，无线电能传输装置的效率可达到52.9 %，随着距离的增大，传输效率减小图4.3 发射线圈接收线圈距离与传递效率关系折线图(1)图4.3 发射线圈接收线圈距离与传递效率关系折线图(2)由步骤三可得：输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）时，保持LED灯不灭的条件下，发射线圈与接收线圈间距离最大为60cm。
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