文无线电能传输文献综述

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无线电能传输技术的研究现状与应用综述

无线电能传输技术的研究现状与应用综述

无线电能传输技术的研究现状与应用综述无线电能传输技术的研究现状与应用综述1. 引言在当今高度发达的科技时代,无线电能传输技术成为了一个备受关注的研究领域。

随着无线通信技术的不断发展和日益广泛的应用,人们对于无线电能传输的需求也逐渐增加。

本文将对无线电能传输技术的研究现状和应用进行综述,为读者提供一个全面且深入的了解。

2. 研究现状无线电能传输技术是指通过无线电波将电能传输到目标设备的一种技术。

早在19世纪末,尼古拉·特斯拉就开始了对无线电能传输的研究。

他通过实验证明了无线电能传输的可行性,并提出了无线电能传输的理论基础。

随着科技的不断进步,人们对无线电能传输技术的研究也逐渐深入。

2.1 理论研究无线电能传输的理论研究主要涉及无线电波的传输特性、功率传输效率和传输距离等方面。

研究者们通过建立数学模型和实验验证,探索了不同频率、不同功率和不同距离下的无线电能传输效果。

他们发现,无线电能传输存在着传输效率下降、传输距离受限等问题。

为了解决这些问题,研究者们提出了一系列改进措施,如使用共振器进行增强、调节电能传输频率以提高功率传输效率等。

2.2 技术进展近年来,随着无线通信技术的迅猛发展,无线电能传输技术也取得了长足的进步。

目前,已经有许多无线电能传输技术被应用于实际生活中。

其中最常见的应用包括无线充电技术、无线电能供应技术等。

无线充电技术通过无线电波将电能传输给手机、电动车等设备,实现了便捷的充电方式。

无线电能供应技术则将无线电波传输给灯泡、电视等设备,实现了无需电池或电线的供电功能。

3. 应用综述无线电能传输技术在现实生活中具有广泛的应用前景。

下面将对几个重要的应用领域进行综述。

3.1 智能家居随着智能家居的兴起,无线电能传输技术成为了智能家居的重要组成部分。

通过将电能无线传输到各种智能设备,如智能灯泡、智能门锁等,实现了设备的智能化控制和自动化运行。

目前,已经有许多智能家居产品采用无线电能传输技术,为用户提供了更加便捷和舒适的生活体验。

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

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。

无线电能传输技术国内外研究综述

无线电能传输技术国内外研究综述

无线电能传输技术国内外研究综述无线电能传输技术是一种通过无线方式传输电能的新兴技术,具有广泛的应用前景和潜力。

本文对无线电能传输技术的国内外研究进行了综述,介绍了该技术的研究现状、争论焦点、研究成果和不足,以及未来研究方向和挑战。

无线电能传输技术是一种通过无线方式传输电能的新兴技术,具有广泛的应用前景和潜力。

随着科技的不断发展,无线电能传输技术已经成为能源领域研究的热点之一。

本文旨在综述无线电能传输技术的国内外研究现状和争论焦点,介绍该技术的研究成果和不足,并探讨未来的研究方向和挑战。

无线电能传输技术是一种基于电磁感应、电磁波、磁场等物理原理,通过无线方式传输电能的新兴技术。

根据传输原理的不同,无线电能传输技术可分为磁耦合无线电能传输、电磁辐射无线电能传输、电场耦合无线电能传输等几种类型。

其中,磁耦合无线电能传输是最常用的一种,其原理是利用磁场进行电能传输。

无线电能传输技术的历史可以追溯到19世纪末,当时人们开始研究无线电能的传输。

随着科技的不断进步,无线电能传输技术得到了快速发展和应用。

国外学者如美国的Marin Soljacic和日本的TadashiMaeda等人在该领域做出了重要贡献。

国内对无线电能传输技术的研究起步较晚,但进展迅速,已有多所高校和科研机构在该领域进行了深入研究。

目前,无线电能传输技术已经得到了广泛应用,例如无接触充电、无线电力传输网络、医疗植入式设备等。

然而,无线电能传输技术仍存在一些争论焦点和挑战,如传输效率、安全性和距离等问题。

同时,该技术的应用也需要解决一些法律和技术规范等方面的问题。

国内外学者在无线电能传输技术方面进行了大量研究,并取得了一系列重要成果。

例如,Marin Soljacic等人利用磁耦合原理实现了远距离的无线电能传输;Tadashi Maeda等人研究出了基于电磁波的无线电能传输技术,实现了高效的无线电能传输。

国内一些高校和科研机构在无线电能传输技术方面也取得了重要进展,如南京航空航天大学的陈仁文教授团队在无接触充电方面进行了深入研究,并研制出了一系列无接触充电装置。

文无线电能传输文献综述

文无线电能传输文献综述

文无线电能传输文献综述无线电能传输技术作为一种新兴的能源传输方式,近年来引起了广泛的关注和研究。

它摆脱了传统有线电能传输的束缚,为能源的高效、便捷和安全传输开辟了新的途径。

无线电能传输技术的历史可以追溯到很久以前。

早在 19 世纪,科学家们就开始对电磁感应现象进行研究,并尝试利用这一原理实现电能的无线传输。

然而,由于当时技术条件的限制,这些早期的尝试并没有取得实质性的成果。

直到 20 世纪后半叶,随着电子技术、半导体技术和控制技术的飞速发展,无线电能传输技术才重新焕发出新的生机。

目前,无线电能传输技术主要包括电磁感应式、电磁共振式和无线电波式三种。

电磁感应式无线电能传输是最常见的一种方式。

它基于法拉第电磁感应定律,通过在发射端和接收端分别设置线圈,当发射端的线圈中通以交变电流时,会在周围产生交变磁场,接收端的线圈在这个交变磁场中感应出电动势,从而实现电能的传输。

这种方式的传输效率较高,但传输距离较短,一般在几厘米到几十厘米之间。

电磁共振式无线电能传输则是利用了电磁共振的原理。

发射端和接收端的线圈被调谐到相同的共振频率,当发射端的线圈产生交变磁场时,接收端的线圈在共振频率下能够有效地吸收能量,从而实现电能的远距离传输。

相比电磁感应式,电磁共振式的传输距离可以达到数米甚至更远,但传输效率相对较低。

无线电波式无线电能传输是通过发射电磁波来传输电能。

这种方式的传输距离最远,可以达到数百米甚至数千米,但传输效率极低,而且需要严格的电磁辐射控制,以避免对周围环境和人体造成危害。

无线电能传输技术在许多领域都有着广泛的应用前景。

在消费电子领域,无线充电技术已经逐渐普及,如手机、平板电脑和无线耳机等设备都已经支持无线充电。

这不仅方便了用户的使用,还减少了充电接口的磨损和损坏。

在电动汽车领域,无线充电技术也有望解决充电桩布局不便和充电时间长等问题,为电动汽车的普及推广提供有力支持。

此外,在医疗、工业和航天等领域,无线电能传输技术也有着巨大的应用潜力。

无线传能综述

无线传能综述

无线传能综述摘要传统的电能传输方式大多通过导线或插座将电能传输到终端产品,这种传输方式会带来摩擦,易产生电火花等问题,从而影响电气设备的安全可靠性。

而无线电力传输作为一项新兴的电力传输技术,使我们摆脱传统的电能传输方式,近年来受到了国际范围的广泛关注。

文章讲述了无线电能传输技术在国内外的研究现状,详细叙述了现有理论框架下的四种无线电能传输技术,并比较了四种技术的特点和应用领域。

最后,阐述了新型无线电能传应用前景及面对问题。

关键词:电磁感应;电磁共振;射频技术;微波ABSTRACTTraditional way of power transmission mostly through a wire or socket to transmit electricity to end products, this way of transmission will lead to friction, easy to produce the problem such as spark, which affects the safety and reliability of the electrical equipment. The wireless power transmission as a new power transmission technology, make us get rid of the traditional way of power transmission, in recent years has received the widespread attention of the international scope. The article tells the story of radio transmission technology research status at home and abroad, is described in detail the existing theory under the framework of four types of wireless transmission technology, and compares the four technical characteristics and application fields. Finally, this paper expounds the new radio can pass application prospect and problems.Key words:Electromagnetic induction. Magnetic resonance; Radio frequency technology; microwave目录1绪论 (2)1.1 概述 (2)1.2 无线电发展历程 (2)1.3 各国研究现状 (2)2 无线电力传输及其分类 (4)2.1 电磁感应 (4)2.2 电磁谐振 (5)2.3 射频 (7)2.4 微波 (8)3 广泛的应用领域 (10)3.1 交通运输领域 (10)3.2 医疗器械领域 (11)3.3 便携通信领域 (11)3.4 航空航天领域 (11)3.5 水下探测领域 (12)4 无线电力传输面临的问题及发展 (12)参考文献 (13)1绪论1.1概述如今越来越多的电子产品为人们的工作生活带来了极大的便捷,但传统的电力传输方式大多是通过导线或插座将电力传输到终端产品,由于存在摩擦、老化等问题,电能传输过程中很容易产生火花,进而影响到用电设备的寿命和用电安全。

无线电能传输技术研究与应用综述_黄学良

无线电能传输技术研究与应用综述_黄学良

图3 Fig.3
传输效率随频率的变化
Curve of transfer efficiency varied with frequency
[12,13]
问题,但在一些对磁场环境要求更为严格的特定场 合,该两种方式都具有应用的局限性。因此近些年 不少学者也提出了多种其他方式的无线能量传输方 案,诸如基于超声波和电场的无线能量传输方式 等[17,18],虽然能量传输功率方面有待提高,但在电磁 环境要求较高、 功率要求不大的场合具明显的优势。 综上所述,迄今为止能实现能量无线传输的方 式主要有微波、激光、感应耦合、磁耦合谐振、电 场耦合方式等,可实现小功率到大功率,远距离到 近距离的不同应用场合、 不同功率需求的能量传输, 见图 1 所示。
1
无线电能传输技术的发展历程
传统的电力输送采用有线的方式实现(即利用
电缆线作为传输媒介) , 因此在电力的传输过程中不 可避免的会产生传输损耗,同时线路老化、尖端放 电等因素也易导致电火花,大大降低了设备供电的
国家自然科学基金( 51177011 ),国家高技术研究发展计划 (863 计 划 ) ( 2012AA050210 ),教育部学术新人奖资助项目和江苏省普通 高校研究生科研创新计划( CXZZ11_0150 )资助项目。 收稿日期 2013-04-20 改稿日期 2013-05-20
210096)
随着技术的不断发展与进步,无线电能传输技术越来越备受关注,尤其在一些特定场
合,无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势,可以极大地提高设备供电的 可靠性、便捷性和安全性。本文在讲述无线电能传输技术发展历史的基础上,阐述了现有几种无 线电能传输技术的实现方式及优缺点,并针对目前无线电能传输技术领域的研究热点,重点论述 了磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究现状、分析方法及关键技术,最后针对谐振式无线电能 传输技术应用分类号: TM133; TM72 磁谐振耦合 综述

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

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。

无线电力传输综述

无线电力传输综述

无线电力传输综述摘要:现在社会的快速推动下,科技水平越来越高了。

传统的输电方式也逐渐被淘汰了,无线电力传输顺利进入了人们的眼界。

不需要传统的电力线路,通过无线的方式传送电,在经由特定的装置接受发出的电波,达到无线的目的。

这样既节省了金钱,又有利于路线的治理。

本文就对无线电能传输的发展、分类、发展前景和应用以及面临的问题做了简要论述。

关键词:无线电能传输综述0引言无线电力传输就是用不接触的方式传送电能的同时保证一定的效率和稳定的输送给使用者,保证效率尽可能的高,功率尽可能的大,这才是人们对无线电力传送的需要。

1无线电力传输的发展现在所具有的输电法有两类:拔插法和无线传输。

是利用插头和插座进行接触式电能传输的,这样的方法不仅对使用者来说不安全也带来了诸多不便。

对于拔插式的充电方式不仅存在电火花甚至可能发生触电事故,而且还有一定的接触损耗和积尘,更有在暴风雨的天气大大加深了安全危险。

是以无线电能传输的方法就涌现出来了,如此法比传统充电法更为的便捷、安全。

当人们利用电的时刻就想让电能无线传送。

在19世纪,天才科学家特斯拉为无线电力传送成功的打开了第一扇大门,为未来的无线传输的发展推动了巨大的一步。

他成功地创造出旋转磁场原理,并完美运用在感应电动机上。

但是工作效率不高和存在着安全隐患成功地阻碍了无线电力传输的发展[1][2][3]。

21世纪,科学家们经过一系列的不懈努力,成功利用微波点亮了远处的灯泡,完成了从短短的几米到一千多米的成功飞跃,展示了科学的无限潜力。

在此基础上,无线体—Qi的标准,让全球受益。

在如今充电联盟随之迅速崛起,摩托罗拉公司、麻省理工研究人员都在进一步地解决无线充电效率问题,迈向未来更高标准。

无线充电联盟更是给出了磁场作为能量载个能量欠缺的世界情况下,太阳无疑是最佳的能源,因而将太空中的大量太阳能转换为电能输送到地球,成为了人们寻求的方针之一了!所以无线电力传输必须要进行更飞速的发展[4][5]。

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本科毕业设计论文文献综述题目: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2016年3月7日电能无线传输装置的硬件设计姓名:专业班级:摘要:无线电能传输技术是通过电磁感应、电磁共振、电磁辐射等多种形式实现非接触式的新型电能传输,能帮助使我们摆脱传统的电能传输方式的各种缺点。

文章阐述了无线电能传输技术的研究背景,介绍了该传输方式的各种优点,以及在国内外的研究发展历程。

之后叙述了现有理论框架下的三种无线电能传输技术,并比较了四种技术的特点。

文章的最后,阐述了无线电能传输技术的应用前景和领域。

关键词:无线电能传输;电磁感应;电磁共振;电磁辐射;传输效率1 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。

下面将阐述无线电能传输的各种优点:方便性:设想一下,只需一个充电器垫,就可以同时为智能手机、MP3 播放器等多个数码设备充电,不知会给我们的生活带来多少便利。

有了无线供电技术,设备的充电供电将不受插座和线缆束缚,从而更方便。

不难想象,在不久的将来,这样的无线充电设施就会被普及,遍布各个家庭及公共场所。

人们可以利用这些无线供/充电设备随时随地供/充电。

就像今天无论在何地都可以自由自在的上网冲浪一样。

通用性:现在的电子产品充电供电由于存在不同品牌、不同接口充电器不兼容的问题,需要携带各种杂乱的电源适配器和数据线。

无线供电技术一旦普及,这个问题就能得到很好的解决。

消费者不只需携带一个小小的充电器垫,甚至酒店、餐馆等地已为客人准备好充电器垫,将可一举解决令人头疼的充电器不兼容问题.美观性:如今,用于工作和娱乐的电子设备越来越多,其增长速度令人咋舌。

但随处可见的乱糟糟的一团团电缆十分影响美观性和人的好感。

而无线充电技术的出现将可以显著改善这个问题。

在解决了效率转化、电磁辐射安全的情况下,若所有家电都进入无线供电时代,将能有效的解决家庭布线、家电固定化、景观破坏、居室墙面等问题,美化人的生活环境。

再者,没有了电线接口和充电接口,便携式电子设备体积将进一步缩小,从而增加设备的美观。

应急性:在沙漠、海岛、北冰洋和偏僻的山村等缺乏或无法连接输电线的地方,无线供电也能发挥巨大作用。

另外,还可解决传统供电中的一些特殊问题,例如,美国的研究者曾设想在高速公路的沿线设立各种微波发射台,为沿途的汽车提供不断的能源供应,加拿大等国也开始尝试用电磁辐射式无线供电的无人机作为电视转播台。

因此,在将来,无线供电还可成为一种特殊、紧急的供电方法。

安全性:无线供电可避免经常性的插拔插头引起的插头损坏、接触不良等安全问题;电子设备的外壳上可省去金属接点和电气开口,可消除接触可能产生的电火花,从而避免电火花可能引发的爆炸;同时电子产品的防水性及密封性将进一步增强。

着在医疗仪器方面也将带来益处,因为电池供电的医疗设备的防水性能将得到提高,且更易于消毒.2 无线电能传输发展历程19世纪30年代,迈克尔·法拉第提出电磁感应定律,即穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中会有电流产生。

19世纪90年代,被称为无线电能传输之父的尼古拉·特斯拉第一次提出无线电能传输的构想,并于1899年演示了无导线的高频电流电动机,但出于效率与安全的考虑,这一技术就此搁置[6]。

20世纪20年代,日本的H.Yagi和S.Uda发明了八本·宇田天线,可用于无线电能传输的定向。

20世纪60年代,雷声公司(Raythheon)的布朗(W.C.Browm)设计了一种半波电偶极子半导体二极管整流天线,此天线效率高且结构简单,由此完成了32.45GHz微电波驱动直升机的实验[7-8]。

后来,他又进行了室内微波能量传输实验,实现了90%的微波-直流能量转换效率。

自Brown的实验成功以后,无线电能传输技术引起了广泛的关注。

1968年,Peter Glaster提出通过构建太空太阳能为地球无线传输能源的设想。

1975年,在美国宇航员的支持下,开始了无线电能传输地面实验的5a计划。

近几年,无线电能传输技术的发展更为迅猛。

2007年,美国麻省理工学院的马林·索尔贾西克(Marin Soljacic)等人在无线电能传输方面取得新进展,他们用两米外的一个电源,“隔空”点亮了一盏60w的灯泡[7-8]。

2009年,TI和Fulton(eCoupled技术)公司合作开发用于控制非接触式充电的电源芯片。

2011年,在东京举行的安防用品会展上,松下集团推出了一款无线充电的太阳能电池板。

2012年,Lockheed Martin公司研发出激光无线充电系统。

无线能量传输技术在国内的起步较晚。

1994年,电子科技大学的林为干院士第一次将微波输能技术引入到国内。

之后,中科院电工所进行了相关的理论研究。

1998年,上海大学利用微波输能实现了对管道机器人的供能。

2001年,西安石油学院的李宏发表了第一篇关于感应电能传输技术在感应电机机车上应用的可行性的文章。

同年,重庆大学孙跃教授开始对无线电能传输技术的研究,且重庆大学与新西兰奥克大学展开了合作,进行更深层次的学术交流。

2003年,重庆大学郑小林、皮喜田等对无线电能传输用于体内诊疗装置进行了研究。

2007年,孙跃教授研制出了感应耦合无线输电装置,可同时向多个设备实现600到1000W 的电能传输,效率高达70%。

2009年四川大学使用平面天线和接收整流阵列,实现200m的长距离无线电能输送实验[9]。

2013年3月中科院上海微系统所实现了0.6m距离的磁共振耦合能量传输,效率达50%。

随着技术的成熟与进步,越来越多的科研机构及高校开始了关于无线电能传输技术的研究。

研究进一步深入,研究领域也逐渐扩大。

3 无线电能传输的实现方式根据传输原理的不同,无线电能传输方式可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。

3.1 电磁感应式电磁感应式电能传输的基本特征就是原副边电路分离。

原边电路与副边电路之间有一段空隙,通过磁场耦合感应相联系。

下图是电磁感应式无线传能系统的原理框图:图1 电磁感应式无线传能系统的原理框图在整流滤波以获得直流电能之后,工频交流电源通过高频逆变器实现逆变。

经过逆变产生的高频交变电流,注入一次侧的原边线圈。

原边线圈中的高频交流电所产生的磁链Φ,与二次侧的副边线圈交链,进而产生了感应电动势。

通过高频整流以及直流斩波等调节电路之后,该感应电动势即可向负载提供适当参数的直流电[10]。

电磁感应式系统主要由以下3 部分组成:①能量发射装置②可分离变压器③能量接收装置。

其中,可分离变压器是关键。

它对实现大气隙下的能量在原、副边线圈之间高效传输,起了决定性作用。

优质的可分离变压器,必须具备漏感小,耦合系数高等特点[11]。

电磁感应式系统由以下特点:①存在较大气隙,使得原副边无电接触,弥补了传统接触式电能的固有缺陷;②较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合,使得漏磁与激磁相当,甚至比激磁高;③传输距离较短,实用上多在mm 级。

3.2 磁耦合谐振式磁耦合谐振式(又称WiTricity技术)是由麻省理工学院物理系、电子工程系、计算机科学系,以及军事纳米技术研究所的研究人员提出的。

系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合,能量在两物体间交互,利用线圈及放置两端的平板电容器,共同组成谐振电路,实现能量的无线传输。

下图为磁耦合谐振式无线电能传输系统的框图。

该系统主要是由能量发射端及能量接收端组成。

能量发射端以直流作为功率输入,经过逆变后形成了高频激励源,使与之直接相连的源线圈产生谐振,且在源线圈的周围形成了交变磁场。

发射线圈通过感应源线圈的交变磁场与之形成共振。

这样,能量就通过源线圈传送到发射线圈,再经发射线圈传递出去。

能量接收端有两个线圈,分别是接收线图3.2 磁耦合谐振式无线传能系统框图圈和负载线圈。

接收线圈在收到发射线圈传递过来的能量后,再传送给负载线圈。

负载线圈之后连接能量变换电路,使高频交流功率转换成直流功率,供给后面的用电负载使用[12]。

这种传输方式的特点是:利用磁场通过近场传输,辐射小,具有方向性;中等距离传输,传输效率高;能量传输不受空间障碍物(非磁性)影响;传输效果与频率及天线尺寸关系密切。

3.3 电磁波辐射式电磁辐射方式,即先利用天线将微波发射到空间,再由接收天线接收的能量传输方式。

其原理类似于早期使用的矿石收音机。

发射端使用微波功率源将直流电转化为微波能量,空间中的微波能量通过整流天线转换为直流功率,为负载供电。

这种技术的关键,在于发射源、发射天线以及接收整流天线。

发射源需微波功率源,如磁控管、速调管和行波管,通过注入锁相技术,以实现频率锁定及相位锁定,从而获得更高的效率。

发射天线需具备高聚焦和定向的能力,有助于提高效率。

整流天线技术又是提高微波传输效率的另一关注点[13]。

这种传输方式的特点是:①传输距离远,频率越高,传播的能量越大。

在大气中能量传递的损耗很小,能量传输不受地球引力差的影响;②微波是波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波,容易对通信产生干扰;③能量束难以集中,能量散射损耗大。

3.4 小结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。

但目前阶段的传输距离和效率离实际应用还有一定的差距。

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