简易无线能量传送系统

摘要：本文设计了一种简单实用的无线传能系统，直流电经振荡电路转化成交流电，利用电磁感应原理，通过线圈电磁耦合，能量以无线的方式传送至负载设备。

关键词：无线 电磁感应耦合 电磁感应 能量

中图分类号：TP304 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0199-01

无线能量传输是一种不经由物理媒介将电力能量从发电装置或供电端转送到电力接收装置的技术。无线感应传能设备在本世纪初期诞生，凭借其成本低、无需额外引线，操作简单安全等优势迅速受到电子制造业关注。因此，实现设备无线供电，提高能量传输效率，携带方便成为电子产品供电充电的设计方向。

本文介绍了一种实用的电磁感应传能装置，先将供电单元直流电转换成高频交流电，然后通过线圈之间的互感耦合实现电能的无线馈送，可在接收端为一些小型设备提供能源。

1 系统实现

本系统发射端由电源电路，振荡电路，功率放大电路，发送电路组成。接收端由接收电路和用电负载组成。系统框图如（图1）所示。

2 单元电路设计

2.1 振荡电路

用10MHz的晶体振荡器与非门芯片74HC04产生高频方波信号，经过74HC04反向放大后，生成规则的10MHz方波，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波信号，将方波转换为规则正弦波。为了提高输出功率和效率，放大电路采用三极管及其电路组成的丙类高频功率放大器。丙类放大器的电流波形失真较大，只能用于调谐回路作为负载的谐振功率放大。因调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，信号失真很小。功率信号放大后，输出至线圈与电容组成的并联谐振回路，将能量辐射出去，方波振荡电路如（图2）所示。

2.2 能量传输模块的设计

能量传输模块由能量发射和接收两部分组成，初级线圈与电容串联，利用线圈的感性特征，形成LC串联振荡电路。次级线圈与电容并联，形成LC并联振荡电路，传输接收原理如图3所示。调节发射端LC电路中的电容值，使电路达到谐振点，回路阻抗最小且呈纯阻抗，电路中的电流最大，线圈周围的磁感应强度最大。次级耦合线圈获得的磁感应强度也最大，相应的感应电流强度也最高，传递的能量最大。能量从初级线圈传送到了次级线圈，经处理后，为次级后续电路提供能量，实现了能量间的无线传递。

测得与电容组成的串联谐振回路的空芯铜线圈的线径为0.5mm，经绕制所需的圈数后，电感表测试线圈电感约为为8.7uH。因为前级振荡电路载波频率为10MHz，根据公式1可计算出产生谐振所需的匹配电容C1约为30pF。同理.接收部分耦合线圈绕制方式与发射部分相同，并联谐振电路匹配电容C2也为30pF。

（公式1）

2.3 接收电路

发射端与接收端通过电磁感应传递磁场能量，接收端将接收的信号通过全波整流桥和电容滤波电路进行处理，将交流信号转化成直流，再经过稳压电路，可为一些小型设备提供能源。测试表明，该系统能为单片机开发板提供稳定电源，但由于耦合线圈输出功率的限制，接收端能提供的负载功率有限，设备还处于试验型阶段。

3 结语

可以预计，随着电子信息技术的发展，当能量无线传输的效率和功率能得到进一步提高，特别是针对一些需要经常充电的应用型电子设备，无线供电方式就可以取代有线供电，对电子设备进行供电和充电。今后，如果能够实现能量安全高效的传输，在无线能量网络覆盖的范围内，设备就可以正常工作，这将是有广阔的应用前景。

参考文献

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