磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计
基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究
基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究摘要：本文分析和设计了一种基于磁耦合谐振的的无线电能传输系统，并对无线电能传输的技术进行了分析和阐述，分析其中存在的优势特征，并对磁耦合谐振的的无线电能传输的传输距离进行粉分析并研究该系统传播的效率。
本文就无线电能传输系统进行了相应的实验和测试，实验的结果表明，在当系统达到了一定传输效率时，能够实现最优化的系统设计，并对理论分析的有效性进行了相应的验证。
关键词：磁耦合谐振，无线电能传输系统前言无线电能传输的概念在19世纪就出现了，当时是由尼古拉•特斯拉提出的，并在1902年申请了相关的技术专利，后面许多科学家对此展开了研究，并取得了一定的成果，然而在距离方面始终没有获得突破性的进展。
根据无线电传输装置技术的原理，无线电传输方式主要氛围电磁波式、电磁感应式和磁耦合谐振式三种传输技术。
其中电磁波式的无线电能传输技术的实质是利用微波来代替传统的输电装置，然后根据该技术的特点，对传输距离比较长且视距较长和视距传输以及传输方向受限的内容进行分析。
当空气中的无线电传输出现较大损耗时，对周边的环境会带来较大的影响。
一、耦合谐振的的无线电能传输技术原理（一）磁耦合谐振原理磁耦合谐振指的是载流线圈之间经过各自磁场之后相互联系的物理现象。
在靠近磁场的区域，电磁场的能力辐射源内部和辐射的原因是周围空间周期性的流动，并不断的由内向外辐射，出现非辐射性的磁耦合的效应，并且辐射不会向外，属于非辐射性的磁耦合。
磁耦合谐振的无线电传输技术主要是利用磁耦合谐振技术来促进无线传输效率的提升，它的理论基础是磁耦合谐振，在某一个确定的频率下，两个相同的磁耦合谐振在物体之间产生了较为强烈的磁耦合，并且可以实现较好的转移。
依据电路伦理的知识运算，影响系统传输功率、传输效率的因素包含了谐振补偿电容、品质因素、谐振线圈参数和谐振频率、负载电阻等，通过谐振理论来对系统的传输效率进行计算和研究，得出影响系统传输性能的内在联系，并进行进一步的优化。
基于磁耦合谐振的自主无线充电机器人系统设计
2、实现谐振频率和能量转换：要实现谐振频率的一致性，发射端和接收端的 谐振器需采用相同的频率。同时，需要通过控制算法来实现能量的高效转换。
系统设计
基于磁耦合谐振技术的自主无线充电机器人系统主要包括充电模块、传输模块 和控制模块三部分。
1、充电模块：该模块主要由发射端和接收端组成，包括电源管理、功率控制、 磁场调制等功能。发射端负责将电能转化为磁场能量并通过空气传输给接收端， 接收端负责将磁场能量转化为电能储存于电池中。
近年来，磁耦合谐振技术作为一种新型的无线充电技术，具有高效、节能、安 全等优点，为自主无线充电机器人的研究提供了新的解决方案。本次演示旨在 探讨基于磁耦合谐振技术的自主无线充电机器人系统的设计。
相关技术综述
传统的机器人充电方式主要依赖于有线充电，但这种方式限制了机器人的移动 性和灵活性。近年来，无线充电技术得到了迅速发展，其主要分为磁感应式和 磁共振式两种。磁感应式充电是通过磁场的变化实现能量的传递，但其传输距 离较短，充电效率较低。而磁共振式充电是通过谐振来实现能量的传递，具有 传输距离远、充电效率高等优点，因此更适合于自主无线充电机器人的应用。
谢谢观看
为验证基于磁耦合谐振技术的自主无线充电机器人系统的可行性和有效性，我 们进行了以下实验：
1、实验设计：采用10cm×10cm的方形线圈作为发射端，接收端为5cm×5cm的 方形线圈，距离发射端10cm。分别测试不同距离、不同角度下的充电效率。
2、数据分析：实验结果表明，在不同距离和角度下，基于磁耦合谐振技术的 自主无线充电机器人系统的充电效率均高于传统磁感应式充电。在10cm距离、 0度角度下，充电效率达到最高值，为87.5%。随着距离和角度的增加，充电 效率逐渐降低，但仍高于传统磁感应式充电。
基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的原理及技术分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方式。无线 电能传 输 （ ＷＰ Ｔ １ 又 可称为无接触
电能传输 （ ＣＰ Ｔ ） ，无线 电能传输技术指 的是电 能从 电源到负载中间不需要电线 连接的一种能 量传 输 方 式 。
磁 场 耦 合 式 无 线 电 能 传 输 包 括 电 磁 感 应 式 和 磁 耦 合 谐 振 式 两 种 电 能 传输 方 式 ， 它 们 都 是利 用 电磁 效应 来 实 现 能 量 的 无线 传 输 。磁 耦 合 谐振 式 无 线 输 电 是 磁场 耦 合 式 无 线 电 能 传输 的 一种 特 例 ， 与 电磁 感 应 式 的不 同 之处 在 于 ：
２ 磁耦合 谐振式 无线 电能传输 的基 本结 构和工作 原理
２ ． １ 磁 耦 合 谐 振 式 无 线 电能 传 输 系统 的 整 体 构
成
该系统的两个收发线圈固有频率相 同，当驱动
信 号频 率和 线 圈 固有 频 率 相 同 时 ，两 收 发 线 圈 之 间 发 生谐 振 ，此 时 谐振 耦 合 回 路 阻抗 最 小 ，
电子技术 ・ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
基于磁耦 合谐振式无线 电能传输 系统的原理及技术 分析
文／ 王萌 黄睿 杨 杰
以 分 为 电 磁 辐 射 式 、 电场 耦 合 式 、 磁 场 耦 合 式
谐 振 补 偿 电 路 使 发 射 和 接 收 线 圈 具 有 相 同 的 固
（ ５ ） 外 壳 采 用 铝 合 金 材 料 ， 具 有 很 强 的 屏 蔽 作 用 。线 路 板 采 用 双 面 板 设 计 ，走 线 合 理 ，
高 电平 ，使 下面 几路通道有效 。当第二路有 手 动 电 路 由 Ｄ 锁 存 器 组 成 ，Ｋ１ ，Ｋ２ ， 言号 时 ， 高 电平 送 到 路 自 动 判 断 门 Ｕ５ Ｃ的 １ ０ Ｋ３ ，Ｋ４为 各 路 的 按 钮 ， 当 Ｋｌ按 一 下 时 ， Ｏｌ 使 该 与 门输 出高 电平 。在 自动 选 择 为 高 电 出现 高电平 ，该电平被锁存 ，通过 手动控 制电
FPGA的磁耦合谐振式无线能量传输系统设计
2 系统电路硬件设计
2.1 系统电路方案设计
由图 3 可 知,系 统 控 制 电 路 主 要 由 FPGA 控 制 器 电 路、高速 A/D 电路、IGBT 驱动电路、霍尔电流传感器 电 路 构成。FPGA 控制器 为IGBT 驱 动 前,由于无线能 量 传 输 系 统 无 需 接 触 式 电 气 连 接、 自 动 化 程 度 高 、无 需 人 工 操 作 等 优 点 受 到 关 注[1],其 已 经 被 用 于 电 动 汽 车[2]、工 业 机 器 人[3]、植 入 式 医 疗 设 备[4]、水 下 设 备 等 [5] 充 电 及 供 电 操 作 。 本 文 提 出 了 一 种 以 FPGA 为控制芯片的串串结构无线能量传输系统实现方案,实 现 了原边恒流输出控制与系统谐振频率跟踪,提升了系 统 运 行的稳定性。
图1 无线能量传输系统原理框图
1 无线能量传输系统基本原理
基本的无线能量传输系统主电路通常由以下几部分 构成:低 频 整 流 及 滤 波 电 路、DC DC 电 路、高 频 逆 变 电 路、谐振电路、高频整流及滤波电路、负载。系统通 过 低 频 整流电路从电网 获 取 能 量 并 转 化 为 直 流 电 源,通 过 DC DC 电路调节高频逆 变 电 路 的 输 出 电 流,高 频 逆 变 电 路 将 直流电源的能量转化为高频交流电流并通过磁耦合谐振 电路将能量输送至副边电路。系统原理框图如图1所示。
片为核心的 MCWPT 系统电路,同时介绍了原边输出恒流控制及频率跟踪控制双环运行机理。
关 键 词 :无 线 能 量 传 输 ;FPGA;恒 流 输 出 ;频 率 跟 踪
中 图 分 类 号 :TM13
文 献 标 识 码 :A
DesignofMagnetic Coupling WirelessPowerTransferSystem BasedonFPGA
磁耦合谐振远程无线传输系统
磁耦合谐振远程无线传输系统摘要:磁耦合谐振式无线电能传输是一种利用线圈间高频耦合谐振磁场实现能量无线传输的新兴技术。
目前该技术在传输距离、效率和功率等方面还不能够满足实用化所提出的要求，仍存在一些问题有待于研究。
其理论研究主要采用耦合模理论和集中参数电路模型的分析方法，对耦合体的动态过程、系统内部能量分布规律的研究还不够深入。
另外由于工作频率高于电力电子器件的一般使用频率，磁耦合线圈的耦合系数较小并且处于谐振状态，存在着功率器件难以满足要求、系统损耗较大、效率较低等问题。
本文从机理与模型、谐振线圈组、磁场驱动源、系统设计等方面展开研究，为磁耦合无线电能传输系统的分析与设计奠定了理论基础。
关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；多耦合线圈无线电能传输WPT（wire- less power transfer）技术可分为磁场耦合、微波辐射、激光发射、电场耦合和超声波传输等类型，根据离声源的距离可分为近场耦合和远场耦合。
磁场耦合包括磁耦合电感和磁耦合谐振，与电场耦合属于近场耦合类型。
微波辐射和激光辐射属于远场辐射。
与其他几种无线电力传输方式相比，超声波无线功率传输系统主要利用超声波作为耦合介质，通过发射/接收换能器的逆压电效应和直接压电效应，实现电能-机械能-声能或声能-机械能-电能的无线传输电力。
电场耦合无线功率传输系统主要利用电场耦合机制的交互电场耦合来进行无线功率传输，该技术具有良好的电磁兼容性，耦合机制的灵活性高，它主要应用于短距离、低传输等领域。
但这种技术的传输功率较小，电场对人体有很大的危害。
目前，国内外专家学者在逆变电路优化、耦合机理补偿拓扑、输出电压调节、能量信号共享通道传输、谐振拓扑和传输等方面取得了大量的研究成果。
磁谐振式无线输电技术利用具有相同频率的线圈，经磁场耦合产生谐振来实现能量的传输，该技术相对于电磁感应式，传输距离远。
原理简介：谐振又称“共振”。
振荡系统在周期性外力作用下，当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时，振幅急剧增大的现象。
一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究中期报告
一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究中期报
告
磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种利用谐振技术进行无线电能传输的新型技术。
该系统能够做到高效、长距离、无线智能化、且不易产生电磁辐射污染。
本研究旨在探究一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计、优化和实现过程。
首先，本研究进行了对目前磁耦合谐振式无线电能传输技术的深入了解。
同时，分析了系统传输距离、传输效率、稳定性、线路损耗等关键技术指标，并明确了研究的目标和重点。
其次，本研究进行了系统硬件设计和仿真模拟。
系统硬件框架采用了谐振器、磁耦合器、功率放大器、控制电路等组成。
通过仿真模拟，找出了系统中距离、频率、耦合系数等参数的最优值。
接着，本研究进行了系统的优化改进，在系统硬件方面改进了耦合器设计、变压器设计等部分。
同时结合控制电路的设计，使得系统能够实现功率调节和频率跟踪。
最后，本研究进行了系统参数测试与调试，设计了相关试验方案并测试关键指标。
经过测试与调试，在理论分析与仿真模拟的基础上，本研究实现了磁耦合谐振式无线电能传输系统的实际应用。
综上所述，本研究针对磁耦合谐振式无线电能传输系统，进行了深入研究与探究，充分考虑了系统设计与优化的关键因素，在实现系统的同时，严格控制传输误差，达到了理论预期目标。
磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展
磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展一、本文概述无线电能传输技术，特别是磁耦合谐振式无线电能传输技术，近年来在科研领域和工业界引起了广泛的关注。
这种技术利用磁场共振原理，实现了电能的高效、安全、无接触传输，为众多应用场景提供了全新的可能性。
本文旨在综述磁耦合谐振式无线电能传输技术的最新进展，包括其基本原理、系统构成、性能优化以及在实际应用中的挑战与前景。
我们将从多个维度对这项技术的最新研究成果进行深入剖析，以期为读者提供一个全面而深入的理解。
本文还将探讨该领域的研究热点和未来发展趋势，以期为推动磁耦合谐振式无线电能传输技术的进一步发展和应用提供参考。
二、磁耦合谐振式无线电能传输技术原理磁耦合谐振式无线电能传输技术，又称为磁共振无线电能传输或磁谐振无线电能传输，是一种基于磁场耦合和谐振原理实现电能无线传输的技术。
其基本原理可以追溯到19世纪末的电磁感应定律和麦克斯韦的电磁场理论。
磁耦合谐振式无线电能传输系统主要由发送端（发射器）和接收端（接收器）两部分组成。
发射器通常包含一个高频交流电源、一个谐振线圈以及相应的调谐和匹配电路。
接收器则包括一个谐振线圈、整流器以及负载。
当发射器的高频交流电源驱动其谐振线圈时，会在其周围产生交变磁场。
若接收器的谐振线圈与发射器的谐振线圈具有相近的谐振频率，则会在接收器的谐振线圈中产生感应电动势，进而实现电能的无线传输。
该技术的关键在于谐振线圈的设计和调谐。
通过优化线圈的形状、尺寸、材料以及调谐电路的设计，可以实现高效的能量传输和较低的能量损耗。
为了避免电磁干扰和能量泄露，通常还需要在系统的设计和实施中考虑电磁屏蔽和防护措施。
磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输距离适中、传输效率高、对环境影响小等优点，因此在无线充电、电动汽车、智能家居等领域具有广泛的应用前景。
随着研究的深入和技术的成熟，该技术有望在更多领域实现突破和应用。
三、磁耦合谐振式无线电能传输技术的优势与挑战磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种新兴的无线能量传输方式，具有许多显著的优势，同时也面临着一些挑战。
磁谐振式无线电能传输系统的优化设计
磁谐振式无线电能传输系统的优化设计摘要：通过两线圈和四线圈磁谐振式无线电能传输系统的电路模型，得到其传输效率表达式。
利用两线圈模型进行初步设计，确定传输距离、谐振频率、线圈半径、匝数、线径等参数；利用四线圈模型进行优化，分析电源线圈与发射线圈之间的互感以及负载线圈与接收线圈之间的互感对传输效率的影响。
实验结果证明当电源线圈与发射线圈之间的互感越大，且负载线圈与接收线圈之间的互感取某一特定值时，传输效率最大。
关键词：磁谐振式；无线电能传输；两线圈模型；四线圈模型；传输效率1系统结构及特点谐振式无线电能传输系统最基本的结构包括两线圈结构和四线圈结构[1-2]，目前存在各种各样的电路模型和分析方法[3-4]。
利用2个谐振线圈进行无线电能传输，随着两线圈距离的微小增加，耦合系数将急剧减小，导致阻抗失配，使传输效率急剧下降。
而四线圈结构增加2个感应线圈，使电源与发射线圈隔离，负载与接收线圈隔离。
通过调整电源线圈与发射线圈的耦合系数及接收线圈与负载线圈的耦合系数，保证阻抗匹配，获得较高的传输效率。
2谐振式无线电能传输系统电路模型分析2.1两线圈结构电路模型4结论由本文分析结果可知，电源线圈与发射线圈之间的互感M12，负载线圈与接收线圈之间的互感M34对系统传输性能有重要影响：适当增加电源线圈匝数能使系统传输效率得到有效提高，并且能减少谐振线圈匝数，对减小设备尺寸有重要意义，同时，通过调整M34能使系统获得高效率。
本文实验结果表明，根据四线圈模型推导得到的传输效率公式进行系统设计，可得到与理论结果相吻合的实验效果。
研究得出的效率与互感之间的关系及最大效率值条件在实际设计时具有较好的指导意义。
参考文献[1]赵争鸣，张艺明，陈凯楠.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报，2013，33(3)：1-13.[2]翟渊，孙跃，戴欣，等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J].中国电机工程学报，2012，32(12)：155-160.[3]李阳,张雅希,杨庆新,等.磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证[J].电工技术学报,2016,31(2):18-24.[4]王维,黄学良,谭林林,等.磁谐振式无线电能传输系统谐振器参数对传输性能的影响性分析[J].电工技术学报,2015,30(19):1-6.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是一种无线电能传输的新型技术。
它通
过高频谐振电路和磁耦合技术实现了能量的无线传输，具有传输效率高、距离远、损耗小
等优点，被广泛应用于无线充电、无线供电等领域。
在设计中，首先需要确定传输系统的工作频率和功率。
一般情况下，工作频率选择在
数十千赫兹至数百千赫兹之间，功率选择在几瓦至几十瓦之间。
接下来需要设计谐振电路。
谐振电路是实现能量传输的核心部分，其由电容、电感和
功率放大器组成。
通过选择合适的电容和电感值，使得电路达到谐振状态，从而实现能量
的无线传输。
在谐振电路设计中，需要注意电容和电感之间的匹配。
一般来说，电容的值应该略小
于磁耦合器的自感值，以确保能量的传输效率。
电感的值应尽量大，以提高谐振电路的品
质因数，减小能量的损耗。
还需要考虑功率放大器的设计。
功率放大器可以提供足够的功率来驱动谐振电路，从
而实现能量的传输。
功率放大器的设计需要考虑功率的放大倍数和稳定性。
在整个设计过程中，还需要考虑到系统的可靠性和安全性。
需要设计合适的保护电路，确保在异常情况下能够及时切断电源，避免电路或设备的损坏。
还需要进行实验验证和性能测试。
通过实验验证可以验证设计的正确性和可行性，性
能测试可以评估系统的传输效率和稳定性。
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计需要考虑到频率、功率、谐振电路、功率放大器等方面的设计和优化，同时还需要考虑到系统的可靠性和安全性。
通过正确的
设计和实验验证，可以实现高效、稳定的无线电能传输。