电场耦合式无线电力传输模块
无线电能传输技术发展与应用综述
无线电能传输技术发展与应用综述摘要：无线电能传输（WirelessPowerTransfer,WPT）技术将电力电子技术和控制理论与技术等相结合，通过磁场、电场、激光、微波[等载体实现电能的无线传输，目前常见的无线充电方式主要是采用磁耦合无线电能传输技术。
与磁耦合无线电能传输技术相比，电场耦合式无线电能传输技术具有以下优点：耦合机构成本低、重量轻、形状易变；耦合机构周围磁场干扰较低；可以跨越金属障碍传能；在耦合机构之间或周围的金属导体上引起的涡流损耗很小。
因此，研究EC-WPT技术可以进一步推进WPT技术的发展和应用。
目前国内外学者围绕EC-WPT技术的多个方面展开了研究，并取得了丰富的成果。
基于此以下对无线电能传输技术发展与应用综述进行了探讨以供参考。
关键词：无线电能传输; 研究动态; 应用场景展望引言无线电能传输技术是一种不依靠导线的电能传输技术，通过电场和磁场将电能从电源端传递至用电负载端。
传统输电方式常以电线或电缆为媒介进行电能输送，存在线路老化、传输损耗、维护困难等诸多问题。
而ＷＰＴ技术摆脱了导线的束缚，以安全可靠、方便灵活、绿色环保等独特优势吸引了国内外大量专家学者的研究，得到了迅速发展，目前已经广泛应用于医疗电子、工业机器人、电动汽车领域，并且在水下机器人领域有巨大的发展前景1无线电能传输技术概述1.1 分段式耦合机构1.1.1 在DWPT系统中，为了降低系统待机损耗与电磁辐射，发射端通常采用分段式耦合机构。
然而，分段式发射结构给DWPT系统引入了新问题：相邻段发射极板间距离较近时，发射端口间的耦合会影响系统谐振，相反，极板间距较远时，系统过分段时输出电压将跌落。
1.1.2 在接收端位置以及负载电阻发生变化时，系统增益如何保持一致。
针对不同负载和位置条件下系统增益一致性问题，研究人员已针对MC-WPT系统提出了许多解决方案，通过补偿网络和耦合机构设计实现动态恒压输出。
MC-WPT系统以磁场为传能媒介，要实现输出恒压，需满足不同工况下各分段线圈附近的空间磁场均匀分布，即拾取端位置、负载电阻变化时发射线圈电流恒定。
基于E类放大器的电场耦合式水下无线电能传输系统设计
基于E类放大器的电场耦合式水下无线电能传输系统设计高镇; 于广强; 刘宁【期刊名称】《《河海大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(047)006【总页数】8页(P560-567)【关键词】无线电能传输; 水下ECPT系统; 电场耦合; AUV无线充电; E类放大器; CLC-S调谐网络【作者】高镇; 于广强; 刘宁【作者单位】天津大学电气自动化与信息工程学院天津 300110; 国家海洋技术中心天津 300110【正文语种】中文【中图分类】TM724自主式水下航行器(autonomous under-water vehicle, AUV)作为探索海洋空间的重要器材,由于巨大的科技和军事价值,其发展一直为世界各海洋强国所关注。
目前,AUV的供电方式主要是自身携带的锂离子电池和燃料电池。
其主要缺陷在于工作时间较短,且需要频繁地回收和投放,难以长时间执行航行和深海环境监测任务,在一定程度上限制了AUV的自主性和灵活性[1-3]。
因此,水下无线电能传输技术的研究就显得尤为关键。
电场耦合式电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)技术是指在电能的传输过程中,在发送能量侧和接收能量侧分别设置电极,通过极板间产生的电场来传输能量的技术[4-5]。
Lu等[6]提出了一种适于电动汽车无线充电的电能传输系统,在传输距离为150 mm时,最大输出功率为2.4 kW,这正好满足了AUV无线电能传输对于大功率供电的需求。
因此,将无线充电技术应用到水下AUV的充电续航中具有重要意义。
本文的组织结构如下：首先介绍水下ECPT系统的基本结构,分析E类功率放大器的基本原理以及参数设计流程，针对ECPT系统的CLC-S调谐网络进行阻抗分析,给出电压增益的数学模型；然后,对于水下耦合机构进行数学建模,利用有限元仿真软件对水下耦合机构电容值及电场分布进行求解；最后,通过搭建水下无线电能传输系统实验平台,分析品质因数Q与归一化频率μ对系统的电压增益、输出功率的影响规律。
无线充电工作原理
无线充电技术工作原理无线充电的工作原理主要基于电磁感应、电磁共振、无线电波（RF）、电场耦合传输技术，这些技术允许电能通过非物理接触的方式从充电基座（或发射器）传输到电子设备（或接收器）的电池中。
以下是这三种主要无线充电技术的工作原理：①电磁感应式无线充电：1．这是目前应用最广泛、技术最成熟的无线充电方式。
其基本原理与变压器相似，利用交变电流通过初级线圈产生交变磁场，次级线圈则感应出电动势并转换为电流，从而实现电能的无线传输。
2．充电时，充电设备（如手机）放置在无线充电板上，两者内置的线圈相互靠近。
充电板上的线圈连接至电源并产生交变磁场，手机内的线圈感应到这一磁场后产生电流，进而为手机电池充电。
3．优点：效率高、技术成熟、成本相对较低。
4．缺点：传输距离短（一般需几毫米至几厘米），且要求设备位置相对固定。
②电磁共振式无线充电：1．电磁共振技术通过调整发射器和接收器的频率，使它们在同一频率上共振，从而更有效地传输电能。
这种技术的传输距离比电磁感应更远，可达数米。
2．发射器和接收器都包含能够产生和接收共振的线圈，它们被调谐到相同的频率。
当发射器通电并产生交变磁场时，与接收器线圈频率相同的部分会被放大并传输给接收器。
3．优点：传输距离较远，适用于多个设备同时充电。
4．缺点：效率相对较低，且对设备位置和方向有一定要求。
③无线电波（RF）传输式无线充电：1．无线电波式无线充电利用微波或毫米波等无线电波将电能传输到接收设备。
这种方法类似于无线通信，但传输的是电能而非信息。
2．发射器将电能转换为无线电波并发射出去，接收器则捕捉这些无线电波并将其转换回电能。
这种技术可以实现较远距离的电能传输，但技术复杂度和成本较高。
3．优点：传输距离远，理论上可以实现较远的无线充电。
4．缺点：效率低，能量在传输过程中会有较大损失；且可能对周围电子设备产生干扰。
总的来说，无线充电技术的发展为人们的生活带来了极大的便利，不同的技术各有优缺点，适用于不同的应用场景。
电场耦合无线电能传输技术综述
电场耦合无线电能传输技术综述摘要：电场耦合无线电能传输技术是一种利用电场耦合原理实现电能无线传输的技术。
本文对电场耦合无线电能传输技术的现状、研究方法、研究成果和不足进行了综述，并提出了未来研究方向和趋势。
关键词：电场耦合，无线电能传输，研究现状，理论研究，实验研究，应用前景，挑战，发展方向引言：随着科技的发展，无线电能传输技术已经成为人们的热点领域。
电场耦合无线电能传输技术是一种新型的无线电能传输技术，其基本原理是利用电场耦合原理，实现电能的无线传输。
本文旨在对电场耦合无线电能传输技术进行综述，介绍其研究现状、研究方法、研究成果和不足，并展望未来的研究方向和趋势。
研究现状：电场耦合无线电能传输技术的研究主要包括以下几个方面：电场耦合无线电能传输技术的分类及其优缺点：电场耦合无线电能传输技术主要分为近场耦合和远场耦合两种类型。
近场耦合主要采用电容耦合的方式，具有传输功率高、效率高、安全性好的优点，但传输距离较短；远场耦合主要采用电磁感应的方式，具有传输距离远、适用范围广的优点，但传输功率和效率较低。
电场耦合无线电能传输技术的理论研究：主要包括电场耦合无线电能传输技术的传输机制、传输效率、影响因素等方面的研究。
电场耦合无线电能传输技术的实验研究：主要包括传输功率、传输效率、影响因素等方面的实验研究，以及相关硬件设计和实现等。
电场耦合无线电能传输技术的应用前景和挑战：该技术在很多领域都具有广泛的应用前景，如无线充电、电动汽车、智能家居等。
然而，目前仍存在一些挑战和技术难点，如传输距离和功率的限制，空间分布和电磁环境的影响等。
电场耦合无线电能传输技术作为一种新型的无线电能传输技术，具有其独特的优点和适用范围。
目前，该技术已经在许多领域得到了广泛的应用，但仍存在一些挑战和技术难点需要进一步解决。
未来的研究方向和趋势主要包括提高传输功率和效率、拓展传输距离和范围、优化硬件设计和实现成本等方面。
同时，还需要考虑电磁环境对传输性能的影响以及如何提高系统的安全性和可靠性。
电场cpt技术
电场cpt技术
电场耦合式无线功率传输技术（Capacitive Power Transfer，CPT）是一种利用金属极板间产生的交互电能进行无线电能传输的技术。
该技术依靠两对金属极板间的电场传输能量，传输机构质量轻、成本低、对金属敏感度低，发热小。
在高频交变电流作用下，金属平板电容发射极板和接收极板间形成交互电场，进而产生位移电流，实现能量传输。
CPT的主体装置由发射电极、接收电极以及两者间的电介质（介质种类由工作环境决定，一般为空气或水）组成，可看做一个电容器。
在发射端，交流电源产生的交流电压施加到发射电极上，进而在空间激发出振荡的电场，该振荡电场通过静电感应在接收电极上感应出交变电势，从而实现能量从发射电极到接收电极的无线传输。
然而，CPT系统的传输功率和效率受传输距离的影响较为显著。
由于空气的介电常数比较低，当距离为10～100mm时，极板构成的等效电容值非常小，通常在几pF到几十pF。
为了降低极板电容的容抗，开关频率通常设置在MHz级。
此外，CPT系统还易受能量传输区域内电介质的介电常数等因素的影响，如谐振频率动态偏移、能量被电介质吸收等问题，导致系统工作频率不稳定、传输效率下降等问题，致使其应用受限。
总的来说，CPT技术虽然具有一些优势，但在实际应用中仍面临一些挑战和限制。
如需更多信息，建议咨询无线电能传输领域专家或查阅相关文献资料。
电场耦合式无线供电系统：实现轻松无线充电
电场耦合式无线供电系统:实现轻松无线充电技术与“电磁感应方式”及“磁场共振方式”不同，通过对置送电侧电极与受电侧电极，利用两电极间产生的感应电场来供电,具有抗水平错位能力较强的特点。
村田制作所已试制完成了为平板终端、电子书终端等便携终端进行无线供电的供电台。
在本文中,村田制作所的新业务负责人和商品策划人员将对该公司的战略和技术详情进行介绍。
在众多企业对无线传输电力的无线供电技术展开研发的背景下，村田制作所将着眼点放在了被称为“电场耦合方式”的技术上.以前村田制作所也开发过“电磁感应方式"的无线供电技术,但2008年前后决定改为推进电场耦合方式.电场耦合方式的构造简单，只要是在供电台规定的充电区域内,无论将产品放在什么位置都可供电，可实现“位置自由（Free Positioning）”的供电。
另外，由于可将电极减薄,因此具有容易嵌入产品等其他方式所没有的特点。
村田制作所用了大约3年的时间提高了技术的完成度，并构筑了以基本专利为中心的专利网。
目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台.村田制作所计划2011年秋季面向平板终端的无线供电装置量产输出功率为10W的送电模块及受电模块。
与此同时，为了扩大电场耦合方式的应用,还开始进行标准化工作。
本文将以技术方面的内容及特点为核心，详细介绍电场耦合方式。
在业内为少数派无线供电方式因利用的原理不同而有数种方式（图1)。
在无线供电技术中研发历史较长的是电磁感应方式.在电动牙刷及无线电话等领域已有采用的业绩。
电磁感应方式方面，目前已成立了开展标准化作业的业界团体“Wireless Power Consortium（WPC）”，制定完成了面向5W以下设备的标准规格.图1：众多企业关注无线供电（点击放大）图中按电力传输方式汇总了无线供电的开发动向。
在大量企业致力于电磁感应方式和磁场共振方式的情况下，村田制作所则着眼于电场耦合方式。
“磁场共振方式”是刚刚起步的技术。
基于电场耦合的无线充电装置
物联网技术 ２０１４年 ／ 第８期 ５４0 引 言近年来，诸多便携式电子产品的涌现和发展，如：媒体播放器、手机和平板电脑等，促使人们对其应用便利性的提高。
这些设备通常以电池来供电，传统接触式电源供电由于设备必须与供电端相连，逐渐不能满足人们对其移动性和在特殊场合的要求。
追求便利性是电子产品的设计目标，而无线输电一直是人们追求的梦想，因此非接触式供电的概念被提出。
迄今为止，非接触充电方式可以分为四大类：电磁感应式、磁场共振式、电场耦合式和电磁波传送式。
本项目选择电场耦合式来开发无线充电器，这是因为它与电磁感应式相比，位置自由度更高，并可以轻易实现一台充电设备对多个终端进行充电；它与磁场共振式相比，构造更为简单，制造成本更低；它与电磁波传送式相比，可以输出更高的功率。
由于电场耦合式无线送电的特点，该类无线充电器将结构更为简单，其对送电和受电电极的材料和形状没有特定的要求，将大大简化制造过程和降低制造成本。
另外，相对于其他非接触充电方式，电场耦合式充电的发展较晚，目前在国内市场上还没有出现同类的无线充电器产品，因此具有更大的研究空间。
电场耦合式无线充电器和电磁感应式无线充电器的关键技术类似：发电端、两个极板的大小与形状、充电端的参数设计，保证电路能量传输效率上升，给手机的充电效率更高。
1 工作原理本系统通过一个TL494振荡器产生一对反向输入信号，通过功率放大电路进行功率放大后输入到谐振频率约为50 kHz 的高频升压变压器A 1升压，连接到供电电极C 1，受电电极C 1和供电电极C 1耦合相当于一个电容，达到传输电能的效果，经过和A 1相同型号的变压器A 2进行降压经过整流滤波电路输入开关稳压电路中，最后通过一个接口对手机的锂电池进行供电。
图1所示是本电路各工作模块的原理示意图。
䱽⍱└⌒⭥⭥⭥⭥ㄟ图1 电路各工作模块的原理示意图2 电路设计2.1 发电端（1）信号发生器本系统运用图2所示的TL494做固定频率发生电路，频率由TL494的5脚上的C 2和6脚上的R 2决定，其信号频率为：.98.04kHzf R C 11022==振荡频率为：49.02kHzf f 21T 0==用示波器检测产生的是49.05 kHz 的方波。
无线充电技术详解
无线充电技术详解无线充电技术是一种通过非物理接触方式实现电能传输的技术，正在逐渐改变人们的充电方式和生活方式。
其起源可追溯到19世纪，尼古拉·特斯拉曾进行无线输电试验。
目前，无线充电主要有电磁感应式、电磁共振式、无线电波式和电场耦合式四种实现模式。
电磁感应式无线充电原理是电流通过送电线圈产生磁场，对受电线圈产生感应电动势从而产生电流，转化效率较高但传输距离短，对摆放位置要求高，且金属感应接触易发热。
磁场共振式无线充电原理是发送端和接收端调整到相同频率共振来传输电能，传输距离较远、功率较大，适合远距离大功率充电，但效率较低，传输损耗大，且需保护频段免受干扰。
无线电波式无线充电原理是将环境电磁波转换为电流并传输，其传输间隔中等、速度较快，但稳定性、安全性较低，成本投入高。
电场耦合式无线充电原理是通过垂直方向耦合两组非对称偶极子产生的感应电场传输电力，适合短距离充电，转换效率高，位置可不固定，但需大体积设备且功率较小。
近年来，无线充电技术发展迅速。
2007 年，麻省理工学院的研究团队成功为两米外的60 瓦灯泡供电。
2010 年，WPC 发布了Qi 1.0 标准。
2012 年，第一批无线充电手机发布，此后三星、苹果、华为、小米等品牌相继入局。
2019 年，苹果发布了磁吸无线充电。
2023 年9 月，苹果携手WPC 带来了Qi2。
无线充电技术应用广泛，包括电子设备充电（如智能手机、平板电脑、可穿戴设备）、汽车充电（电动汽车在行驶或停车时自动充电）、家居和办公场所（无线充电家具、公共区域设置无线充电设备）、医疗设备（无线充电心脏起搏器、假肢等）以及工业制造、航空航天等多个领域。
然而，目前无线充电技术仍面临一些挑战，如传输距离有限、传输效率待提高、成本较高等。
未来需要继续加强技术研发和创新，推动无线充电技术不断进步和完善。
无线充电技术的起源和发展历程无线充电技术的起源可以追溯到19世纪。
1890年，物理学家尼古拉·特斯拉就进行了无线输电实验，构想通过地球和电离层建立低频共振来传输能量，但因经费等问题未能实现。
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～世界首创! 电场耦合式无线电力传输模块～
村田开始了被日立麦克赛尔株式会社的iPad2无线充电器“AIR VOLTAGE”采用的电场耦合式无线电力传输模块的量产活动
2011年9月28日
株式会社村田制作所
代表取缔役社长村田恒夫
概要
株式会社村田制作所开始了能够让平板电脑等便携式设备实现无线充电的LXWS系列电场耦合式*无线电力传输模块的量产活动。
通过利用该无线电力传输模块的供电组件和接收组件，可以进行输出功率为10W无线电力传输。
与此同时，该无线电力传输模块已经被预计将在2011年11月25日开始对外销售的日立麦克赛尔株式会社的无线充电器“AIR VOLTAGE”采用。
背景和目的
目前伴随着智能手机和平板电脑的普及，电子设备的充电次数正在增加，对具备无线充电功能的电子设备的需求也越来越强烈。
为了满足这种市场需求，我公司利用我们独家拥有的电路设计技术和模块制造技术，积极开展了开发电场耦合式无线充电系统和实现该系统实用化的工作。
产品特点
∙可进行输出功率为10W的无线电力传输。
∙具备当充完电的电子设备被拿走之后，能够探测出充电台上的电子设备的存在与否，以及探测异常状况的功能。
∙电力传输效率高。
∙位置随意性强，可建立便利性高的无线充电系统。
∙电极部分不会发热，因此不会对电池产生影响。
∙由于可采用薄型电极作为接收天线，因此使用简便，适合被安装在各种电子设备之中。
用途
可作为无线充电和无线电力传输设备，适用于平板电脑、数码照相机和智能手机等便携式设备，以及照明、装饰和家居用品等领域的电子设备。
术语说明
* 电场耦合式:分别在供电部分和接收部分设置电极，利用这两个电极间产生的电场来传输电力的方式。
由于在电极之间会产生电容耦合效应，因此电场耦合式也被称为电容耦合式。
系列产品型号
LXWS系列产品
供电模块:LXWS10TTEA-014接收模块:LXWS10RTEA-015电气特性
输出功率:10W
输出电压和电流: 5.1V、2.1Amax
电力传输效率:70%
(含DC-DC转换器模块) URL
有关无线电力传送模块请看此处
/products/wireless_power/index.html
生産体制
株式会社小松村田制作所将于2011年8月开始量产活动
专利情况
正在申请35项专利和2项外观设计专利
日立麦克赛尔株式会社简介
企业商号:日立麦克赛尔株式会社
成立日期:1960年9月
总公司地址:〒102-8512 日本东京都千代田区饭田桥2-18-2
代表取缔役:千岁喜弘
员工人数:合并总人数2618名(截至2011年4月30日为止)
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