无线电能传输范文

无线电能传输范文第1篇

关键词 无线电能 传输 形式 当前面临问题

中图分类号：TM724 文献标识码：A

1无线电能传输的定义

无线电能传输又称无接触电能传输是一种传输电能的新技术，它将电能通过电磁耦合、射频微波、激光等载体进行传输。这种技术解决了电力自身的两大缺点：不易储存和不易传输，同时也解除了对于导线的依赖，从而得到更加方便和广阔的应用。

2无线电能传输发展历史

19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的特斯拉在电气与无线电技术方面做出了突出贡献。1881年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机，次年进行试制且运转成功。1888年发明多相交流传输及配电系统；1889-1990年制成赫兹振荡器。1891年发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备，他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机，但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展。

2001年5月，国际无线电力传输技术会议在法属留尼汪岛召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。

2007年6月麻省理工学院的研究人员已经实现了在短距离内的无线电力传输，他们通过电磁感应利用磁耦合共振原理成功地点亮了离电源2m多远处的一个60w灯泡。

2008年9月，北美电力研讨会最新的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功的将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。

3无线电能传输方式

3.1电磁感应式

电磁感应式又称为非接触感应式，电能传输电路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。根据无接触变压器初、次级之间所处的相对运动状态，新型无接触电能传输系统可分为：分离式、移动式和旋转式，分别给相对于初级绕组保持静止、移动和旋转的电气设备供电。

电磁感应式的特点是：（1）较大气隙存在，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，使得漏磁与激磁想当，甚至比激磁高；（3）传输距离较短，实际上多在毫米级。

3.2电磁共振式

电磁共振式又称WiTricityj技术是由麻省理工学院物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事奈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。

电磁共振式的特点：（1）利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。（2）中等距离传输，传输效率较高。（3）能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。（4）传输效果与频率计天线尺寸关系密切。

3.3微波式

先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量抓换为电能。

微波式特点：（1）传输距离远，频率越高，传播的能量越大。在大气中能量传递损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响；（2）微波式波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波，容易对通信造成干扰；（3）能量束难以集中，能量散射损耗大，定向性差，传输率低。

4无线电能传输需要解决的问题

4.1电磁辐射安全问题

对人身安全和周围环境的影响需要解决。由于无线能量的传输既不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制也不像无线通讯那样传送微小的功率。高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。对激光则在功率密度小于2.5mW/cm2才能保证对人体无伤害。所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。

4.2电磁兼容性

无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉，重叠等造成不必要的电磁干扰。

4.3系统整体性能有待提高

目前无线能量传输技术整体上传输的效率不高，主要原因是能量的控制比较困难，无法真正实现能量点对点的传送在传输的过程中会散射等损耗一部分能量，能量转换器的效率不高也是影响整个系统效率的关键因素。当然随着电子技术的不断进步，传输的效率也会逐渐提高。

4.4传输距离、效率、功率、装置体积之间的关系

对于无线能量传输技术中几个关键性的指标：传输距离、传输效率、传输功率、装置体积等。一般情况下，传输距离越近、装置体积越大、传输效率就越高、传输功率就越大。如何尽可能地减小装置体积、提高传输距离、效率和功率是无线输电技术重点研究的方向之一，也是小功率设备实现无线输电的前提。

参考文献

[1] 戴卫力，等.无线电能传输技术综述及应用前景[J].电气技术，2010，7（1）.

无线电能传输范文第2篇

[关键词]无线电能传输技术；综述；应用前景

前言

无线电能传输技术有名无接触电能传输技术，是指一种借助于电磁场或电磁波进行能量传递的技术，目前我国对此技术还在继续研究阶段。现在的无线电能传输是由电磁感应式、电磁共振式和微波电能传输方式三种方式来实现的。由于越来越多的电子产品的出现，为人们的生活带来了极大的方便，但是传统的通过导线或者插座充电的电力传输方式已经逐渐不能适应更新换代极快的电子产品了。人们希望能有更加新型的电能传输技术来取代的传统电力传输方式，从而来消除纷乱电源线给人们带来的巨大困扰。因此，无线电力传输技术便很自然的顺应了人们的需求，随之便走进了人们的日常生活以及各个所需要的领域。

1.无线电能传输技术在我国的发展

我国在无线电能传输领域的研究是从2000年才开始的，与世界其他国家相比，我国对于该领域的研究相对较迟。起步初始时，主要是研究直接耦合的方式并将其应用于汽车上。从2007年开始，我国对无线电能传输技术的研究逐渐加大了力度，投入了大量的心血。从这几年的研究群体来看，科研工作者主要是国内的知名高校、科研机构以及一些科技公司，其中具有代表性的有浙江大学、哈尔滨工业大学、青岛科技大学以及中科院、海尔集团等学校或机构组织。其中最为重要的，在研究过程中具有里程碑意义的是在2010年CES展会上，海尔应用无线电力传输技术推出了一款无尾电视，接着在2011年，海尔集团与山东的几所高校联合，在超前技术研究中心共同绘制完成了“无线电力传输产业技术路线图”。未来几年，无线电力传输新兴产业将随着科技水平的不断提升而加速发展，将会达到的产业规模会带来巨大的经济效益，并同时在全国范围内出现新的经济增长点，从而带动国家经济的发展。再这样的发展速度下，作者相信无线电能传输技术完全进入我们的生活将指日可待。

2.目前无线电能传输技术的实现方式

作者在前文中提到过，按照原理来分，目前在已经出现的无线电能传输技术中，主要有电磁感应式、电磁共振式以及微波电能传输方式三种技术方式。其中电磁感应式是利用变化中的电流来通过初级线圈而产生磁场，由变化的磁场再次通过次级线圈感应出电场，从而来达到电能的传输。这种方式是无线电能传输中目前出现最早、发展最快、应用最多的技术。而电磁共振式技术，它将天线固有的频率与发射场电磁频率相一致时引起的电磁共振接收后，通过电磁耦合的共振效应来达到电能传输，2007年的MIT就是通过这种技术方式来实现的。这种共振技术方式适合在短距离内使用需要大功率电源的机器，如汽车、电冰箱等。所谓的微波电能传输技术，是将电能转化为微波，让电力以微波的方式发射，然后微波经自由空间传送到目标位置，通过微波辐射的方式到达接收端，转化成直流电能的技术。一般的微波电能传输方式距离比较短，通常为10m左右，而且这种技术方式功率小，传输效率低，应用的范围也较小。正常情况下，研究人员都会用前两种技术方式来进行具体的实验和操作，但微波电能传输技术也可以在近距离内被较小拱了的电器使用，如麦克风、电吹风等。以上三种无线电能传输的技术方式是研究中必不可少的，在整个研究领域内具有非常重要的地位。因此科研工作者对这三种技术方式的研究从来没有放松过，要想将无线电力传输技术应用于其他领域，必须对这三种技术方式最够熟悉的掌握其主要内容，为后面的研究打好基础。

3.目前无线电力传输技术所面临的问题

无线电能传输技术在我国虽然不是一个新的概念，但是它的新技术和新应用的引入已经使它成为一门新的值得研究的学科。虽然目前我国无线电能传输技术在不断的进步，但是在研究过程中仍然会有很多的问题存在。比如在无线电力传输的效率和距离的计算，高频功率电源和整流技术等问题仍没有得到比较好的解决。而被研究出来的高频电源方案在运用于实际生活中都普遍存在着效率低下、设计复杂等问题的缺陷，并且无线电力传输技术在系统控制方面也存在着较明显的问题。在研究如何能更好的利用无线电力传输技术时，还要考虑电磁辐射对人身是否安全和是否会对周围环境造成不利的影响。由于无线电力的传输不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制，它是通过微波的发射来来传输电力的，所以如果有高能量的能量密度出现，则会对人们的身体安全带来影响。还有就是系统整体性能有待提高整体传输效率低。其主要原因还是由于能量的控制难以掌握，科研工作者还是无法达到能量的对点传送，在整个传输的过程中仍然会通过散射的方式来损耗掉一部分能量，这样的低效率甚至是影响整个系统效率的关键因素。但是随着电子传输技术的不断进步，传输的效率也会逐渐提高，所以控制好微波的传输密度也是研究人员目前面临的一个比较严重的问题。

4.我国无线电力传输技术的应用前景

目前，在世界范围内，无线电力传输技术已经被应用与许多领域，比如在便捷通讯、交通运输领域、水下探测应用、航空运输领域、医学器械领域等众多领域，而且有较明显的成就。因为中国对无线电力传输这一快的研究起步比较晚，所以目前还不能将其运用于这么多领域内。但是从目前的研究速度和投入力度来看，我国对无线电力传输技术这一领域的研究是特别重视的，而且每一年都会取得巨大的进步。所以，作者相信在未来的10-20年间，我国会将无线电力传输技术运用于各个领域，将会涉足于工业制造、农业生产、家庭的日常生活以及航空航天的各个角落，从而使我国人民的日常生活更加便捷，提高人们的生活品质并且有效的起到节约能源、电能的作用，为能源的节约开辟了一条新型的道路。当有一天，无线电力传输技术运用于在我国被普遍运用，利用微波传输输电能的技术，来解决电网的死角，将会对我国落后偏僻地区有巨大的影响，将会带动这些偏僻落后的地区走上快速发展的道路。

结语

无线电力传输是一项很有发展前途的新技术，因为其特有的安全性、便捷性而成为了现在人们研究的热点问题之一。尽管它也存在着一些很明显的缺点，如稳定性差、系统传输难以控制、传输效率低等。但作者相信在广大科研工作者的努力下，这一技术的发展将会有更好的条件、更光明的前景。未来，无线电力传输将会完全取代传统的电力传输方式，并且将会不断融入人们的生活当中，逐渐改变人们的生活方式，让人们真正实现过无线生活的梦想。虽然这个过程会经历很多的艰辛，历经很长的时间，会伴随着无数次的实验与失败，但是作者认为只要坚持着不要轻易放弃，就会达到我们所期望得到的目标。

参考文献

[1]古丽萍.令人期待的无线电力传输及其发展[J].技术前沿，2013（04）.

无线电能传输范文第3篇

关键词：无线电传输技术；技术方法研究；应用；综述

引言

无线电技术在近几年不断的发展和改善过程中已成为未来十大尖端的技术之一。其应用领域十分广泛，当前主要的几种无线电能传输技术包括：电磁感应技术、电磁共振技术以及微波电能传输等。为了无线电传输技术能够更好的发展，在实际的供电应用过程中发挥最大的优势，提高设备供电系统可靠性及安全性，对当前的技术原理及方法进行详细的了解并掌握，同时，关注其应用领域及发展前景是十分必要的。只有明确其发展方向，才能不断对这一技术进行改进和完善，下文就对此作一定的阐述。

1无线电能传输技术及发展

当前，我国的无线电能传输技术还处于不断的发展过程中。传统电力传输技术必须依靠有线传输来进行，通常采用电缆线来最为传输的载体，但在电力传输过程中由于电线的长度无法避免传输过程中电能损耗的产生，不仅如此，采用有线传输的方式，还会有线路老化或是尖端放电等导致电火花的安全隐患，设备供电的可靠性以及安全性都得不到有效的保障。另一方面，在一些特殊的供电场合，采用有线传输的供电方式无法保证正常的供电，容易导致极大的事故造成损失，例如：海底、矿场等。同时，当前的人类生活离不开电，用电设备多种多样，不计其数，若采用电线传输，则必须使用多种多样的电源线，给人们的生活带来了不便，同时也埋下了用电安全的安全隐患。可见，采用无线电能传输方式是社会发展的必然趋势，随着科研技术的发展，无线电传输技术经历了激光、电磁感耦合以及磁场谐振等方式的转变，不断提高了电能的传输功率，对比有线传输，无线电能传输方式在对电磁环境有较高的要求且对功率的要求较低的场合能够发挥出其优势。总之，随着无线电能传输技术的研究和发展，已经能够实现大功率的电能传输，能够适应远、近距离等不同场合、不同功率需求的电能传输。

2几类无线电能传输技术

2.1电磁感应无线电传输

电磁感应无线电能传输技术是基于电磁感应原理的传输系统，以磁场作为媒介，利用变压耦合器来进行无线电能的传输。这一系统通常包括四个组成部分：交流电源、一次侧变换器以及可分离变压器及二次侧变换器。但基于电磁感应的电能传输系统其耦合系统是较为疏松的，传输能力也一般，因此，通常需要利用高频变换器来作为电磁感应无线电传输系统的一次测变换器。另外，这一系统中的可分离变压器是最重要的构成部分，保证和决定了整个电能传输系统的稳定剂效率。

2.2射频电能传输

射频电能传输方式主要是通过功率放大器来发射所需的射频信号，再进行检波、高频整梳等步骤得到直流电来供给负载使用。便携式终端在待机过程中依然会有功率的损耗，因此，将射频电能发射器安装在室内电灯等电器中，能够向这些便携式终端随时充电而不需要通过充电器的连接。这一电能传输技术的优势是该技术进行无线电能传输的距离较远，能够达到10m，但功率较小，最高的功率也只能达到百毫瓦的级别。

2.3电磁共振技术

电磁共振是通过对发射装置以及接收装置其参数的合理调节，让发射线圈以及接受线圈之间产生合理的电磁共振而进行电能传输的过程，在这一共振频率电源的驱动下，系统能够达到电谐振的状态，实现能量从发射端到接收端之间的高效传递，这一技术就被称为电磁谐振型电能传输技术。

2.4微波电能传输技术

微波电能传输技术是指通过微波来传输电能，这一技术的原理是先将电能转化为微波，将其发射并辐射到周围的空间中，负载再通过整流的方式，将微波再转化为直流电来使用。通常微波电能传输技术的传输距离较短，且传输过程的功率较小，因此，微波电能传输技术所具有的应用范围较窄，只适用于距离较短且供电较小的电器来使用。

2.5激光电能传输技术

激光电能传输技术是通过辐射放大原理来将电能转化为激光，再将激光发射，接收装置接收激光后进行光电转换，接收装置通常是光伏电池。由于激光发射后的方向性较好，且传播距离远、传播过程中能量集中，具有较高的传输效率，能够在较小的范围内集中采集较多的光能，因此，激光电能传输技术具有传输距离较远的有点，且接收装置小、效率高，通常被应用于微型飞机、航天器等设备中来进行远程的电力传输，具有极大的应用价值。对于微型飞行器等的续航具有重要意义。

3无线电能传输技术的应用

3.1电动汽车中的应用

无线电能传输可以应用到电动汽车供电系统中的无线充放电中，有效解决了各类充电桩在电动汽车中的建设问题，同时也将电动汽车的充电分散开，在一定程度上也缓解了大量电动汽车进行规模化的充放电对于传输电网造成的冲击。当前，将无线电能传输技术应用到电动汽车中成为国内各汽车生产商以及科研机构的热点研究项目，也取得了一定的成果。将无线电能传输技术应用到电动汽车中对于智能电网来说，具有积极作用。主要表现为以下几点：首先，能够有效一直可再生能源输出及波动，电动车采用无线电充放电技术，与电网能够产生更强的互动，通过智能互动系统的连接来自动控制电动汽车合理的进行充放电，提高可再生能源消纳能力。其次，能够有效减少电动车充放电对电网带来的冲击影响，与有线的充电方式相比较，无线充电方式将充电地点分散开来，有利于提高电动汽车充电的聚集度，由于电动汽车充放电与电网之间并无物理连接，充电过程也变得更具灵活性、安全性，分散连续充电也降低了快速充电，有效减轻电动汽车的充放电对电网带来的冲击。另外，能够有效的降低对于电池容量需求，电动汽车行驶距离越长，则电池就越容易失效，用户必须及时更换新的电池。采用无线充电形式，能够减少电池容量，降低更换电池所需的成本。

3.2智能家居中的应用

随着智能化技术的研究和发展，智能家居称为近几年的热门话题，而对于智能家居中的家用电器来说，采用无线电能传输技术具有较为明显的优势，能够摆脱传统的充电线缆对电器互联的限制，体现出了更大的便捷化、人性化，人们更加趋向于“无尾”家电的应用。

3.3医疗设备中的应用

在医疗设备中，无线电能传输技术同样能体现出较大的优势，主要是应用与集中植入式的医疗设备中进行无线供电，例如：心脏起搏器、全人工心脏等等。植入式的医疗设备通常所需的供电功率较小，适宜采用植入式电池的无线充电等方式来进行供电。在人体植入式设备中进行非接触式的无线电能传输是当前研究的主要热点，无线电能传输在医疗设备中的应用主要具有以下几点优势：第一，避免导线与人体皮肤直接接触，防止由于感染而出现并发症；第二，避免植入式电池的电能耗尽之后需要进行手术来更换的问题，降低了由于手术而带来的二次伤害；避免人体皮肤直接进行电气连接，消除了意外点击的安全隐患，消除了物理层面的磨损以及电气腐蚀，具有较高的安全性、可靠性。

3.4工业中的应用

将无线电能传输技术应用到工业中，具有广阔的发展前景。在工业中的特殊场合中，例如设备监测装置、水下机器人等，在以往的供电过程中，即使这些特殊的场合也通常采用换电池或是电缆传输的方式来进行供电，造成设备无法正常使用及维护。而采用无线电能传输技术能够有效的克服这些缺点。

4结束语

综上所述，无线电能传输技术经过较长时间的发展，当前能够被应用到许多领域中，为人们的生产生活带来较大的方便，具有较高的安全性以及可靠性。但在其发展过程中，同样存在较多的问题需要解决，例如，理论不够完善等。因此，在今后的发展过程中，应当积极探索，不断创新，在技术上取得突破，将无线电能传输技术进一步完善，提高其供电效率和传输距离，为人们的生活带来更多的便捷。

参考文献

[1]黄学良，谭林林，陈中，等，无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013，10（26）：69-70.

[2]范兴明，莫小勇，张鑫.无线电能传输技术的研究现状与应用[J].中国电机工程学报，2015，5（20):94-95.

[3]张茂春，王进华，石亚伟.无线电能传输技术综述[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2009,10(20):24-25.

无线电能传输范文第4篇

关键词 无线电能传输 能量传输 感应电能

中图分类号：TM472 文献标识码：A

1无线电能传输的概念及优势

无线电能传输（Wirelss Power Transmission――WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。

传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。

同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。

2无线电能传输技术分类

到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者电流，而只是利用电场或者磁场。（3）以微波的形式，通过发射和接收天线进行能量的传输，虽然具有传输距离远的优点，但不能跨越障碍物，且传输效率极低，它直接应用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理。

这三种无线电能传输方式中，电磁谐振耦合无线电脑传输的传输距离适中，传输效率很高，很好地解决了传输效率和传输距离不可兼得的矛盾。

3无线电能传输技术原理

3.1基于变压器的疏松耦合非接触式的无线电力传输

非接触电能传输系统利用疏松感应耦合系统和电力电子技术相结合的方法，实现了电能的无物理连接传输。它将系统的变压器紧密型耦合磁路分开，初、次级绕组分别绕在具有不同磁性的结构上，实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不需物理连接。其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。

3.2基于电磁辐射的无线电力传输

对无线电能传输来说，能量传递的效率是最重要的。因此，方向性强、能量集中的激光与具有类似性质的微波束是值得考虑的选择。但激光光束在空间传输易受到空气和尘埃的散射，非线性效应明显，且输出功率小，因此微波输能成为首选。微波输能，就是将微波聚焦后定向发射出去，在接收端通过整流天线把接收到的微波能量转化为直流电能。

3.3基于强耦合磁谐振实现的无线电力传输

辐射性传输，虽然完全适合于传输信息，但是将其应用于电能传输却会引起很多的困难：如果辐射是全方向性的，则电能传输效率会十分的低；如果是定向辐射，也要求具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备，而磁谐振却没有这么复杂。

强耦合磁谐振下的电能传输效率。在耦合谐振系统（如声音、电磁、磁、核等）里，经常会产生“强耦合”运行状态。如果处于给定系统中的这种状态，谐振体之间的能量交换则可期望达到很高的效率。如果不考虑周围空间的结构，并且在干涉损耗和散失在周围环境中的损耗很低时，中等距离的能量传输用这种方法可以在接近全方向的状态下实现并达到很高的效率。

4总结

我国东西部经济发展的差距日益扩大，资源分布不平衡的矛盾日益突出。一些边远山区、牧区、高原、海岛，人口稀少，居住分散，交通不便，经济落后，那里缺乏常规能源，又远离大电网，严重影响当地经济发展。这种情况下，利用微波输能技术，可以解决电网的死角。输电工程最关心的是效率和经济性。无线电能传输的效率取决于微波源的效率、发射/接收天线的效率和微波整流器的效率。其经济性如何，依赖于所用频段的微波元器件的价格与有线输电系统所用器材价格的比较，也与具体的输电网络的参数有关系。

除了关心经济和效率以外，还要对大功率微波对环境和身体健康可能造成的影响进行研究，需保证如下方面：（1）传输微波能流密度不能对电离层产生明显扰动；（2）必须保证不干扰日常通信；（3）地面整流接收站不能对飞机等交通工具及周围的生物体（如鸟类、居民等）产生不良作用。

参考文献

[1] 张茂春，王进华，石亚伟.无线电能传输技术综述[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2009，26（5）.

无线电能传输范文第5篇

1.1电磁感应无线电能传输技术

基于电磁感应原理的电能传输系统（ICPT）主要利用变压耦合器，借助磁场这一媒介，实现无线电能传输。该系统一般由四部分组成，分别是交流电源、一次侧变换器、可分离变压器和二次侧变换器。基于电磁感应原理的电能传输系统的耦合系统比较疏松，因此其传输能力一般，通常采用高频变换器作为一次侧变换器。可分离变压器是基于电磁感应原理的电能传输系统的最重要组成部分，整个系统的稳定性、高效性都由其保证。

1.2射频电能传输技术

射频电能传输技术（RadioFrequencyPowerTransmission，RFPT）主要通过功率放大器发射射频信号，然后通过检波、高频整流后得到直流电供负载使用。便携式终端（如手机、智能手表等）待机时会有损耗功率，将射频电能发射器装在室内的电灯等器具中，可随时给这些编写终端设备充电而不需要使用充电器。RFPT的优点是无线电能的传输距离较远，能达10m。其缺点是传输功率很小，为毫瓦级别，最高到百毫瓦级别。

1.3电磁共振技术

通过合理调节发射装置与接收装置的参数，使得发射线圈与接收线圈产生电磁共振，在该共振频率的电源驱动下系统可达到一种“电谐振”状态，从而实现能量在发射端和接收端高效的传递，该技术称为电磁谐振型电能传输技术（Electro-magneticResonantPowerTransmission，ERPT）.对ERPT技术的研究最早始于麻省理工学院的Soljacic助理教授，他在2006年利用自谐振线圈，在强耦合环境中通过实验验证了非辐射功率传输的可行性。该次实验过程中采用的ERPT技术传输距离是线圈的八倍左右。实验过程中点亮了一盏距离发射器2.13米60W的灯泡，其传输效率超过40%。

1.4微波电能传输

微波电能传输（MicrowavePowerTransmission，MPT）顾名思义是利用微波传输电能，其原理是将电能转化为微波，将其发射出去，从而辐射到整个周围空间，负载经过整流，将微波传化成直流电而使用。一般的微波电能传输技术的应用价值有限，原因是其传输距离比较短，一般不会超过10m，并且由于该方式传播的功率小，只适合于近距离内被较小供电的电器使用。2011年5月16日，居伊•皮尼奥莱在非洲留尼汪岛西南部的格朗巴桑大峡谷利用微波进行了长距离无线输电实验。发电机发出的电能首先由磁控管转变为电磁微波，再由微波发射器将微波束送出，40m外的接受器将微波束接收后由变流机转换为电流，然后将灯泡点亮，这一实验正是经典的微波电能传输试验。

1.5激光电能传输技术

激光输电技术则是利用受激辐射放大原理，将电能转换为激光，再将激光发射到接收装置，接收装置对其进行光电转换，接收装置一般是光伏电池。由于激光具有方向性好，传播距离远，能量集中等特点，传输效率高，可在某一小范围内集中采集大量光能。该方法具有传输距离远的优点，而且接收装置小、传输效率高，因此，微型飞行器、微小卫星、航天器等设备利用该种输电方法进行远程电力传输具有重大的应用价值。例如，可采用激光远程充电技术延长微型飞行器（MicroAirVehicle-MAV）的续航时间。2007年，欧洲宇航防务集团(EuropeanAeronauticDefenseandSpaceCompany--EADS)的工程师进行了激光远程充电的方法，此次试验的特点是传输距离远，达到了250米，试验船只为长度20cm的微型船----漫步者，在激光的了电力传输下，该船只运行良好。

2无线电能传输的主要应用领域及前景

2.1交通运输领域

在交通运输领域采用的是ICPT技术，主要应用于轨道机车和电动汽车的充电装置中。新西兰奥克兰大学所属奇思公司已将ICPT技术成功应用于Rotorua国家地热公园的30kW旅客电动运输车。无线电能充电装置已经成为无线电能传输的一个热门研究方向，而且正在逐步实用化。主要分为固定式和移动式两大方向。固定式在充电过程中车体保持不动，其传输距离和传输功率已经能够满足电动汽车底盘高度、电动汽车充电功率的要求。移动式电动汽车无线充电方式可以随时向行进中的电动汽车补充能量，因此可以减少相同运行里程条件下电动汽车所需的电池容量。

2.2医疗器械领域

无线电能传输技术对于医疗植入式电子设备的发展促进作用十分巨大，它改变了其供电方式。如心脏启博器的核电池，其充电方式一般采用ICPT和RFPT等进行体外能量传输。在医疗电子系统中，主要采取RFPT技术，通过体外与体内两个线圈之间的电磁耦合输送电能，主要有经皮能量传输和直接能量传输。但RFPT技术也有一定缺点，容易受其他电子设备发生干扰，所以超声波电能传递技术在医疗器械领域具有一定的优势和应用前景。

2.3便携通信领域

美国PowerCast公司以美国匹兹堡大学研发的无源型RFID技术为基础，开发出了电波接收型电能储存装置，该装置是通过射频发射装置传递电能。而SplashPower公司则开发出手机充电平台，该平台的技术基础是ICPT技术。香港城市大学的许树源教授也通过深入研究，研制出了基于ICPT的手机、MP3等便携式通信设备充电平台，并已开始进行成果转化。

3结论

文章探讨了无线电能传输的六种技术方式，分析了其大致原理及其优缺点，同时本文也分析了无线电能传输的应用领域和应用前景。对于该研究方向笔者认为前景良好，是21世纪的重要技术，将来一定会普及到人民大众的生活的层层面面。

无线电能传输范文第6篇

摘 要：实现航天器模块之间的电能传输，对未来卫星的设计将产生重要的影响，而无线电能传输技术被认为是F6（分离模块）系统中成熟度最低的技术。采用电流型谐振耦合传输系统，研究了系统的电能传输效率特性，提出了加入阻抗变换电路来改变负载等效阻抗的方法，改善了系统的电能传输效率。

关键词：F6系统； 阻抗变换； 效率优化； BuckBoost电路

0 引 言

“分离模块航天器”（F6）英文全称为：Future，Fast，Flexible，Fractionated，FreeFlying Spacecraft United by Information Exchange，直译为通过信息交换连接的“未来、快速、灵活、分离模块、自由飞行航天器”[1-2]。分离模块空间系统组成决定了单个分离模块提供的能量不能满足大功率设备的能量消耗，需要无线电能传输模块为其提供能量，因此无线电能传输是分离模块空间系统的重要组成部分，也是分离模块系统功能实现的保障[3]。

在研究无线电能传输机理的基础上，构建系统分析的等效互感模型，对各种谐振拓扑和工作模式下的电能传输系统的传输特性进行了全面分析，给出了一种适用于谐振耦合电能传输系统的分析方法，采用BuckBoost电路进行优化等效阻抗，从而实现整个系统电能输出的性能的最优化。

1 电流型谐振耦合传输系统

无线电能传输范文第7篇

关键词：无线电能传输；非接触；磁耦合；共振

作者简介：王敏星（1964-），男，河南济源人，河南省济源市质量技术监督局，工程师；李大伟（1987-），男，河南济源人，河南省电力公司济源供电公司。（河南 济源 459000）

中图分类号：TM724 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0263-03

无线电能传输技术（WPT，Wireless Power transfer）能够实现无导线连接情况下的电能传递，在医学应用、矿井采掘、移动设备充电等特殊场合具有较大的应用前景。随着移动通信设备、物联网、电动汽车等技术的快速发展，近年来发展非常迅速，并且取得了较大的进展。伴随着研究和市场化的不断深入，作为一种前景广阔的电能传输方式，在电磁兼容、人体健康和传输效率等方面都产生新的研究问题，需要进一步明晰研究方向并针对存在的问题深入研究。

一、无线电能传输技术的方式

虽然采用超声波和其他机械波能够无线传输能量，但目前无线电能传输的主流方式仍是利用电磁场传输能量。从频率的角度来说，采用的频率包括从若干GHz跨越到若干kHz的广大范围。在较高频率段，利用微波传输能量（甚高频以上的频率范围，频率>300MHz）通常采用直接照射接收端的方式，通过控制发射天线的朝向使能量以电磁波的形式准确发射到接收天线。该方法传输方向性较强、传输距离较远，但易被障碍物遮挡，还需要较复杂的天线对准装置。而且高频电磁波的生物安全性较差，高功率的电磁波对人体有较大伤害，因此在民用领域应用的机会较少。磁耦合谐振式无线电能传输方式（MCRWPT，Magnetic Coupled Resonant Wireless Power Transfer）采用磁场频率在10MHz以下，通过电谐振体之间的耦合磁场来传输电能。这种方法可以在一定的距离（几厘米到几米）范围内传送能量，功率值可以达到几百瓦。而感应耦合无线电能传输方式（MIWPT，Magnetic Inductive wireless Power Transfer）借助磁材料提高磁场的耦合程度，可以传送较大的功率，效率较高。但由于磁材料的限制，工作频率不宜过高，通常在1MHz以下。在距离增大时，磁材料之间的气隙增加，耦合程度急剧降低，因此传输距离相对较近（常常在几毫米到几十厘米）。在民用和工业应用中，磁耦合谐振式无线电能传输（MCRWPT）和感应耦合式（MIWPT）的传输距离基本满足常用设备的充电距离要求，从理论上能够获得更大的功率和更高的效率，因此具有较大前景，是目前研究的热点。本文从几个方面介绍此两项技术的研究与发展。

二、研究内容和研究方向

1.基本理论和技术研究

率及效率的模型研究：目前对无线电能传输方式的研究模型主要有耦合模分析法[1，2]电磁场分析方法、[3，4]等效电路法[5]等。

耦合模方法可见文献[1]所采用的基本方程表达式：

（1）

其中：为代表谐振体中的能量；为激励角频率；为自损耗系数；为谐振体m和n之间的耦合系数；为代表外加驱动的驱动项。

其基本思想是，给出系统的源、损耗及特征量，通过求解器损耗与特征量的关系，即求得系统效率及传输功率的解。电磁场方法根据电磁场理论求解电磁场方程，以此求得传输效率等结果。而等效电路方法主要针对磁耦合的特点，利用电路理论求解电路方程，以此获得系统的结果。

几种建模方法各有优劣：耦合模方法可以从能量角度进行分析，但是不够直观；电磁场分析方法理论上可以计算非常详尽的电磁场分布[3]，理论上可以计算出耦合磁场能量传输细节。但过于复杂性，不便于系统设计和参数优化。通常借助电磁场仿真软件以求得分部场的直观数值解。等效电路法应用直观，是目前采用较多的方法，但是由于对电磁场进行了低频简化，对高频条件下电磁特性描述较粗略，不利于有关电磁场方面的研究。理论未来的研究方向将建立更加准确和合理的分析模型，甚至提出更加新颖的传输模式，从理论高度提高系统的指标，并以此指导设计和制造无线电能传输装置。

第二，线圈结构及设计。根据电路互感模型的一般结构，如图2所示。

通常可以得到以下矩阵形式的方程：

（2）

谐振条件下传输效率：

线圈2在线圈1中产生的反映阻抗为，可见反映阻抗中负载侧电阻值位于分母中，对于源侧的影响变为负向变化。即负载侧电阻值越高，传输效率越小。实际电路中，通常源内阻和负载线圈侧的电阻RB2往往较大。因此，双线圈结构传输效率往往较低。但根据上述分析，通过改变系统线圈结构和数量，可以改变不同线圈中的反映阻抗，进而改变耦合系统的效率、传输功率和传输效率。因此出现了三线圈[5]、四线圈[1]和多线圈[6]等情况。

第三，参数匹配方法及参数设计。在确定整体结构形式的基础上，还需要计算和均衡线圈的各项参数。线圈按照谐振的形式主要有自谐振线圈和电容-线圈谐振线圈。按照线圈的缠绕方式可分为密绕线圈、平面线圈、螺旋线圈等。电路参数主要有电感值、电容值和电阻值等。对于高频线圈还存在着寄生电容等高频参数。在分析和设计中，对上述参数进行优化，通过增加耦合程度、减少内阻和提高品质因数以提高系统性能。目前的研究主要集中在线圈结构和参数设计等方面，[7]针对线圈的新构形和新材料的研究也是一个重要的研究方向。

2.无线电能传输的激励源

激励源是无线电能传输的核心元件。相对于普通的高频信号源和开关电源，激励源不但工作在高频条件下，而且还要承担功率变换的功能。作为能量传输路径中第一个环节，对无线电能传输系统的总体指标的影响非常显著。而且由于电路中谐振作用，功率元件往往要承受谐振电压或者谐振电流的冲击，其数值会远超过系统输入电压或者输入电流。因此，无线电能传输的激励源设计更加困难。目前多采用的是D类开关型和E类谐振型放大电路。按照功率元件的数量和结构，有单管、非对称半桥、全桥等。该方向的发展方向是实现高频大功率条件下的高效率、低损耗和微型化，设计出更加适合无线电能传输的专用高频激励源。

3.电路结构研究

由于无线电能传输技术的应用范围愈加广阔，需要适应和满足更加苛刻和多样化的工作条件与限制。例如为了实现电动汽车在电网运行中能量缓冲的作用，无线充电装置不仅需要单向充电，而且还需要将能量从电动汽车反向传输给电网。医用领域中对系统的体积和可靠性指标的要求非常苛刻，因此无线电能传输装置既要尽量压缩体积、提高可靠性，而且还要实现能量和信号的同时传输。越来越多新的应用呼唤更加多功能和更强适应性的无线电能传输装置。因此需要提出更多新型的多功能电路结构，以增强电路的紧凑性、可靠性、通信能力、[8]能量控制水平等。[9]

4.标准、规章及医学影响

目前，已经出现了三个主要的无线电能传输标准（联盟），其中Qi联盟成立于2008年12月，目前已推出针对便携电子产品的低于5W以下设备的标准，未来还将会提出更大功率的标准进而形成体系。[10]

对人体影响的疑虑贯穿于整个无线电能技术的发展，这方面的研究始终是重点之一，包括医学相关性、辐射限制和磁场控制等多个方面。目前多采用计算机仿真和人体模拟的方式研究对人体的影响。未来将会进一步深入研究无线电能传输装置的生物性影响；同时，通过技术手段减少磁场泄露和影响，以满足相关的限制性标准。

5.医学应用研究

由于无线电能传输避免了导线的束缚，人体内部植入设备的应用将会变得非常便利，因此无线电能传输在医学方面的应用始终受到最大的关注。[11]但人体内植入设备中，体积要求十分苛刻而且传输路径需要经过人体组织。因此提高微小尺寸线圈的品质因数，提高传输效率[12]和研究高频电磁场对人体组织的影响是目前的主要研究方向。现在，无线电能传输技术在经皮植入装置、心脏起搏器、消化道机器人等方面已经取得了长足的进步。通过无线电能传输技术的应用，未来人体植入医疗设备将会有较大的发展，会大大改变人类的诊断和治疗方式。

6.电动汽车充电装置

由于具有无接触、无连接和无漏电的特性，无线电能充电装置在电动汽车充电领域具有较大的应用前景，已经成为无线电能传输的一个热门研究方向，而且正在逐步实用化。主要分为固定式和移动式两大方向。固定式在充电过程中车体保持不动，其传输距离和传输功率已经能够满足电动汽车底盘高度、电动汽车充电功率的要求。移动式电动汽车无线充电方式可以随时向行进中的电动汽车补充能量，因此可以减少相同运行里程条件下电动汽车所需的电池容量。目前，电动汽车充电技术的主要研究方向是进一步提高传输效率、距离和功率，并且针对偏移情况、双向传输、控制方式等问题展开研究。电动汽车的无线充电技术将会推动电动汽车的实用进程，无线充电技术的需求也将越来越大，市场前景更加广阔。

三、结论

无线电能传输技术经过几年的快速发展，其发展趋势愈加迅猛。未来的研究将更加深入和细致，并且进一步向应用方向推进，实用化脚步愈发加快。随着研究内容更加深入及人们对该技术的逐渐接受和认可，未来其市场和应用前景更加广阔。

参考文献：

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[2]Kiani M，Ghovanloo M.The Circuit Theory Behind Coupled-Mode Magnetic Resonance-Based Wireless Power Transmission[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I：Regular Papers，2012，59（9）：2065-2074.

[3]Zeljko Pantic and Srdjan putationally-Efficient，Generalized Expressions for the Proximity -Effect in Multi-Layer，Multi-Turn Tubular Coils for Wireless Power Transfer Systems[J].IEEE Transaction s on Magnetic，2013，49（11）：504-5416.

[4]Jaechun L，Sangwook N.Fundamental Aspects of near-Field Coupling Small Antennas for Wireless Power Transfer[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2010，58（11）：3442-3449.

[5]Dukju Ahn and Songcheol Hong，A Study on Magnetic Field Repeater in Wireless Power Transfer[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60（1）：360-371.

[6]Lee C，Zhong W，Hui S.Effects of Magnetic Coupling of Non-Adjacent Resonators on Wireless Power Domino- Resonator Systems[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2012，27（4）：1905-1916.

[7]Bernd Breitkreutz and Heino Henke，Calculation of Self-Resonant Spiral Coils for Wireless Power Transfer Systems With a Transmission Line Approach[J].IEEE Transactions on Magnetics，2013，49（9）：5035-5042.

[8]Bawa G，Ghovanloo M.Active High Power Conversion Efficiency Rectifier with Built-in Dual-Mode Back Telemetry in Standard Cmos Technology[J].IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems，2008，2（3）：184-192.

[9]Wang G，Liu W，Sivaprakasam M，et al.Design and Analysis of an Adaptive Transcutaneous Power Telemetry for Biomedical Implants[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I：Regular Papers，2005，52（10）：2109-2117.

[10]S.Y.Hui，Planar Wireless Charging Technology for Portable Electronic Products and Qi[J].Proceedings of the IEEE，2013，101（6）：1290-1301.

[11]Hao Jiang ，Junmin Zhang，et al.Low-Frequency Versatile Wireless Power Transfer Technology for Biomedical Implants[J].IEEE Transactions on Biomedical circuit and System，2013，7（4）：526-535.

无线电能传输范文第8篇

【关键词】E类功放;最适频率调节;高效率;无线电能传输

一、引言

与传统的电力传输不同，无线电能传输（Wireless Power Transmission，WPT）也称无线电力传输或无线功率传输。它通过能量转换和空间辐射来实现。WPT主要通过电场耦合、电磁感应、磁共振、无线电波四种方式来实现非接触式的电能传输，被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。

近年来国内外各研究机构（如日本产学研国际中心，英国剑桥SplashPower公司），相继研发出了短距离无线供电产品。美国的Powercast公司开发出的无线充电技术，可为各种耗电量相对较低的电子产品（如手机、汽车零部件）充电或供电。Powercast公司计划推出数百万个无线充电器。该技术得到如此青睐，虽然目前在远距离、高效率仍处于瓶颈，但不久的将来一定会攻克，无线电能传输将开辟人类的一个新纪元。

在理解无线电能传输的基础上，本装置采用E类功放完成能量转换，发射与接收线圈以磁共振方式传输能量，非接触式地为负载提供电能，以满足摆脱移动设备电源线的束缚，实现电能无线传输的愿望。

二、基本原理

系统电路整体框图如图1所示，主要由前级能量变换装置（和最适频率自动调节电路）通过空心线圈将能量传送，和后级采用同样空心线圈的接收能量装置并对能量进行合理转化两部分组成，两个分离的电气部分通过磁共振方式实现能量无线传输。本系统可分为4个模块组成，下面分别详细介绍每个模块：

图1 系统电路整体框图

（一）能量变换模块

E类功率放大器[1]是一种高效率的软开关类功放，理想开关管的电流波形和电压波形没有重叠，不消耗功耗，所以理想E类功放的效率可达100%。E类功率放大电路前、后半周期原理图如图2所示，当开关管导通时谐振频率：

品质因数：

开关管断开时：

品质因数：

E类逆变器的开关频率总是要满足，对应的有。L1为射频扼流圈（一般取值大于10倍的L2），L2、C2构成串联谐振回路（本系统L2采用空心线圈），C1是场效应管输入电容，为分布电容和外界电容的总和（见图2）。

（二）无线传输模块

发送、接收模块采用相同的LC谐振频率以磁共振的方式进行能量传输，相比其他方式，磁共振无需线圈间的位置完全吻合，即可实现能量高效长距离传输。LC谐振有串、并联两种形式。由于发送模块前级连接E类功放，所以发射模块只能采用LC串联形式，接收模块则可以有两种谐振方式，理论分析，接收模块采用并联LC谐振方式则后级近似为恒流源，采用串联LC谐振方式则后级近似为恒压源。

图2 E类功放前（左）、后（右）周期原理图

（三）最适频率自动调节模块

采用磁共振方式无线传输，理论上需将开关频率、发射、接收谐振频率一致，但实际中，由于空心线圈、电容等器件误差的存在和环境等因素的影响，经过实验证明，开关频率需略低于发射、接收谐振频率，效率才会达到最高点。结果证实，当发射模块的功率达到最大时，系统的效率最高。因此，本系统采用MCU检测电路中的电压、电流，通过闭环控制自动寻找最适的开关频率使得效率达到最，省去了接收模块的MCU检测模块，进一步防止了效率的损失。

（四）整流、滤波、斩波模块

接收模块经LC谐振回路将发射模块的能量接收，要根据不同负载的需求，选取适当的整流、滤波、斩波电路[2]。不同的后级整流电路，因寄生电容等参数的存在，将改变接收模块的LC谐振频率，从而影响磁共振的无线传输效率[3]。

图3 前级硬件原理图

三、硬件电路实现

前级硬件原理图如图3所示，系统由15V直流电输入，通过L1、L2、C1、C2以及MOS构成的E类功放电路实现从直流到交流的逆变，L2、C2组成的谐振回路分别取值为72uH、11nF，L2采用0.1*200的李兹线绕制成直径为20cm的空心线圈，C2采用2个22nF的100V耐压值的CBB电容串联，其串联后耐压值增加一倍，电容值为11nF，经计算可知，系统

的谐振频率约为179KHz。扼流电感L1采用铁硅铝材质的磁环，绕制成1mH的电感。本设计采用TI公司的低功耗MCU--MSP430F6638控制UCC27211 MOS驱动器驱动MOS（CSD19531，VDS为100V，Id为105A，Rds（on）为7.7mΩ）。旁路电容C1的容值将决定电路的工作状态，如果逆变器工作在最优状态，其输出功率为最大值。结合MOS的寄生电容和经过多次测量得知此设计最佳工作状态下的C1的值为22nF。一般而言，线圈工作的工作频率需要略低于其固有频率，而开关频率本系统采用通过输入20mΩ的采样电阻进行电流采样，INA282将采样的差分信号放大50倍送往MCU，MCU处理输入功率变化信息，不断调节驱动MOS的PWM频率至最适点，闭环控制使效率达到最高。

后级硬件原理图如图4所示，接收谐振电路L3、C3与发射谐振电路L2、C2取值、取材完全相同，目的是确保谐振频率点完全相同。后级经过全桥整流、电容滤波后给负载供电。

图4 后级硬件原理图

四、仿真与测试

用MATLAB-Simulink仿真[4]，对于不同的C1值仿真出现截然不同的结果，最终确定C1的最合适值为22uF，不同C1值对于的发射线圈波形见图5。

图5 不同C1值对应发射线圈波形

本系统在无线传输距离为10cm、输入直流电压为15V、接收端输出直流电流为0.5A时，硬件改变引起频率自调节，整机效率最高可达75%。并可以点亮10个1W串联的白色高亮LED，也能够实现单点发射、多点接收的功能。整机测试数据如表1所示。

表1 整机效率测试数据

自调节频率（KHz） 187 188 189 190 191 192

输入电压（V） 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0

输入电流（A） 0.50 0.52 0.61 0.57 0.51 0.59

输出电压（V） 10.23 11.15 13.75 12.66 10.41 13.02

输出电流（A） 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

效率（%） 68 71 75 74 69 73

五、结语

本系统由基于E类功放的能量变换模块、无线发送、接收模块、最适频率自动调节模块和整流、滤波、斩波模块四部分组成，实物测试结果表明该电路可以高效率的实现无线电能传输，并能够实现单点发射、多点接收的功能。本设计为无限供电技术的进一步推广与应用奠定良好基础，为物联网的进一步发展提供支持，当人类解开电线的束缚时，我们将迎来一个全新的世界。

参考文献

[1]董佳兴，薛新.高效E类功率放大器的设计[J].通信对抗，2006.

[2]王兆安，黄俊. 电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[3]眭聿文.负载网络参数对E类放大器输出电压的影响 安徽理工大学学报（自然科学版）[J].2004.

无线电能传输范文第9篇

关键词：太阳能；无线电能传输；制冷装置

1 概述

随着社会经济的发展，能源危机的不断加剧以及人们对环境的关注，开发和利用新能源已成为当代社会的一大主题[1]。太阳能作为一种绿色环保的可再生能源，其应用领域日趋广泛。在汽车行业，由于当今社会对汽车尾气排放和能源利用效率低等问题的关注，清洁、环保和节能的新能源汽车已成为汽车工业发展的热点。随着技术的发展，太阳能在汽车行业的使用也越来越广泛。但是，就现有的技术而言，将太阳能作为汽车的全部动力源并不实际。因此，在考虑实际行车需求的情况下，将太阳能作为汽车空调系统的能量来源具有一定的可行性。

在夏季，为了保证安全，车主在停车后，一般关闭所有发电系统，停止车载制冷装置能量供给。这会造成停放于室外的汽车由于烈日的暴晒而使得车内温度升高，车内温度过高会令车主感到闷热难耐，降低车主用车舒适度。因此，针对在熄火停车后利用太阳能电池板发电为车载制冷设备供电具有较大意义，但是由于太阳能电池板置于车外，为了实现与车内制冷设备的电气连接，采用传统有线连接将不可避免地需要对车身打孔，损坏车体完整度，影响车体美观性。

近些年来，无线电能传能技术得到了迅速发展，其在交通运输、消费电子设备及医疗电子设备等相关领域得到了广泛应用[2]。该技术不依赖于有线的传输媒介，是一项具有划时代意义的技术。本文提出了一种基于无线电能传输的车载太阳能制冷装置，该装置利用太阳能作为车载制冷设备的能量来源，同时采用了无线电能传输技术实现能量传输，有效利用了清洁环保的太阳能，且避免了对车身进行打孔布线，可以保证车身的完整性。

2 总体方案设计

本文设计了一种基于无线电能传输的车载太阳能制冷装置，其组成结构如图1所示。安装于汽车顶部的柔性太阳能电池板将太阳能转化为直流电后在车外微处理器的控制下经过逆变设备逆变成高频交流电；高频交流电在发射能量的原边线圈产生高频交变磁场；交变磁场在安装于车内的拾取能量的副边线圈感应出同频交流电压，实现电能的无线传输。同时，车内整流设备将该高频交流电压整流为直流。无线通信装置接收控制命令，在车内微处理器和车外微处理器的控制下，整流设备变换后的直流电经过DC-DC变换器稳定地向车载制冷设备供电或向储能设备充电。

3 硬件设计

3.1 太阳能电池

常规太阳能电池板一般是两层玻璃中间填充EVA材料和电池片的结构，组件重量较重且不可弯曲，不仅不方便安装于汽车顶部，还会增加系统总重和增大汽车高速行驶时的风阻。故本装置选用半柔性单晶硅光伏板，其柔性的特点可使太阳能电池板紧紧贴合在车顶，减少安装流程，同时减小汽车行驶阻力。

3.2 无线电能传输模块

将无线电能传输技术应用于该车载太阳能制冷装置上，是本设计的创新点所在。根据能量传输过程中继能量形式的不同，无线电能传输可分为：磁场耦合式、电场耦合式、电磁辐射式和C械波耦合式[3]。本设计采用磁场耦合式，其电路拓扑如图2所示。逆变设备将太阳能电池板转化的直流电逆变成高频交流电加载到发射线圈，原边线圈在电源激励下产生高频磁场，副边线圈在此高频磁场作用下感应出同频交流电压，实现了无线电能传输。

3.3 整流和DC-DC变换电路

考虑到本次设计的车载制冷设备为直流供电制式，故需要将副边线圈感应的高频交流电整流为直流电，本装置采用二极管进行整流；同时为了实现对储能设备的恒压或者恒流充电以及对车载制冷设备的稳定供电，加装了DC-DC变换器[4-5]，并选取BUCK电路作为DC-DC变换电路。通过改变开关管V1驱动信号的占空比即可改变BUCK电路输出的电压，微处理器实时采集输出电压值与设定值比较，通过闭环控制改变占空比实现输出恒定。整流和DC-DC变换电路原理如图3所示。

4 系统功能分析

为了充分利用太阳能，实现能量高效利用，本装置对能量进行管理。设有三种模式：①太阳能电池板转化的直流电能通过DC-DC变换器向储能设备充电；②太阳能电池板转化的直流电能通过DC-DC变换器向车载制冷设备供电；③储能设备向车载制冷设备供电。如图4所示。

当光照充足，车主可选择系统工作在①或②模式；若光照不足，可以使用储能设备向车载制冷设备供电，即模式③。三种工作模式可以通过能量管理系统实现自动切换，具有较好的用户体验。为了更方便车主远程控制装置，装置设有无线通信模块，车主可以通过手机向无线通信模块发送控制命令，使系统工作或者关闭。同时，该装置设有液晶屏显示模块，可以让车主方便了解时间、车内温度、储能设备剩余电量情况及工作状态等信息，从而进行合理调控。

5 结束语

本文设计了一种基于无线电能传输的车载太阳能制冷装置，创造性地将无线传能技术应用于该系统，避免对车体打孔布线，保证车身整体性。车主可通过手机向车内无线通信设备发送命令，利用太阳能或储能设备继续为车载制冷设备进行供电，避免了怠速停车时启用空调对车体机能的损伤，实现在烈日停车下车内依旧能够保持舒适的温度，具有较好的用户体验。同时，该装置采用车内能量管理系统，能够最大程度地利用太阳能，减少燃油消耗，起到节能环保的作用。

参考文献

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[4]钟长艺.电动车车载光伏发电系统的研究与设计[D].广州：华南理工大学，2011.

[5]海涛，朱浩，石磊，等.一种带MPPT的车载太阳能充电系统设计[J].可再生能源，2015，33（01）：21-26.

无线电能传输范文第10篇

关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；多负载；传输特性

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.2.018

引言

传统的电能传输都是通过导线传输配送的，存在着诸如摩擦、电火花等一些问题，而无线电能传输具有洁净、安全性高、可靠性强、便于安装与维护等优点。无线电能传输技术根据其电能传输原理大致上可以分为三类：感应耦合无线电能传输、微波无线电能传输和磁谐振耦合无线电能传输。磁谐振耦合无线电能传输理论基于“耦合模理论”，由高频电源输出的交流电通过谐振线圈产生高频的交变磁场，当交变磁场遇到相同谐振频率的谐振线圈时，它们之间发生谐振，使得电能从发射谐振线圈传到接收谐振线圈，从而为负载供电，具有传输距离远的特点。

目前对磁耦合谐振无线电能传输系统研究多在单个负载的情况下，然而现实情况下，单个负载已经不能满足现实需求，对多负载的研就越发重要。文献研究了两线圈系统的多负载接收情况，并没有涉及到增加中继谐振线圈系统的多负载情况。文献分析了对负载电路系统的传输效率和补偿电容的选取方法，可以改善系统传输效率低的问题。文献对多负载的情况进行了研究，但对负载线圈互感之间的影响并没有进行讨论。文献对两个负载接收的情况进行了研究，但并没有讨论在负载变动的情况下对系统传输性能的影响。本文主要在传统的单发单收四线圈模型基础上，运用传统电路模型研究了单发双收系统的传输特性，分析出了负载的效率、输出电压比、耦合系数和负载的关系。最后设计出一组谐振线圈，运用3Dmaxwell仿真软件对其互感、内阻、自感进行了计算，然后应用Simplorer软件进行阻抗匹配并进行了联合仿真。

1 电路模型

本文选取双负载系统研究，多负载情况可以类比。采用电路模型对四线圈结构传输方式的多负载进行分析，所有线圈都采用串联谐振阻抗补偿方式。电路拓扑结构如图1所示，Rs为电源内阻，R1、R2、R3、R4、R5为线圈内阻；C1、C2、C3、C4、C5为线圈匹配补偿电容；L1、L2、L3、L4、L5为线圈自感；M12为源线圈和发射谐振线圈互感、M23为发射、接收谐振线圈之间的互感，M34和M35为接收谐振线圈和负载线圈之间的互感，M45为负载线圈之间的互感。一般电源线圈和负载线圈多采用单匝线圈，负载回路和电源线圈相距较远，在计算分析的过程中可以忽略电源线圈、谐振发射线圈与负载之间的互感，以及发射线圈和负载之间的互感。图1为无线传输电路拓扑结构。

系统各回路阻抗为：

（1）

根据基尔霍夫定律可得互感方程如式（2）：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

2 传输特性分析

当系统每个线圈达到谐振状态时，各回路应满足串联谐振，即LiCi=1/ω2（f=1，2，3，4，5），此时，各回路呈阻性负载。为了方便分析系统输出电压的关系，系统两个负载大小相同M34=M35，RL1=RL2=RL。由上式推出负载电压比为：

（10）

利用文献数据进行仿真得出电压比和系统效率随负载电阻及耦合系数关系图如图2和图3所示。

图2中可以看出负载电阻增大可以增加输出电压，当负载固定时，只有一个最佳耦合系数对应最大电压比，最大电压比并不对应最大耦合系数。从图3可以看出系统效率随着负载电阻变化而变化，对于每一个固定耦合系数，总有一个最佳电阻值对应系统最大传输效率。

3 仿真实验分析

3.1 仿真模型建立

使用3D Maxwell建立线圈模型，考虑到计算量的问题，本实验模型采用截面为正方形铜导线，发射谐振线圈和接收谐振线圈采用截面为1mm2的铜导线，线圈直径为10cm；电源线圈采用截面为2mm2的铜导线，直径为80cm；负载线圈采用截面2mm2的铜导线，直径为4cm。负载采用平行放置，3D模型如图4所示。

经过仿真软件计算出线圈的自感、自阻，下表是仿真得到的线圈参数情况。

根据仿真得出的线圈参数，在电源频率为1 MHz，电源电压为1 OV的情况下，匹配线圈阻抗，使各个线圈完全补偿，并在Simplorer里搭建联合仿真模型，耦合模型电路如图5所不。

图6为所选取的一组数据，发射、接收谐振线圈间距为5cm，负载输出电压达到1.58V。

为了更加直观地看到能量在线圈之间的传递，选取了两个时刻的磁场密度分布情况，如图7所示。图7是在t=7.82e-006sB寸刻的磁场云图分布，此时在图上可以看出能量已经由电源线圈经谐振发射、接收线圈传递到两个负载线圈。图8是t=3.78e-006s时刻的磁场云图分布，此时能量已经传递到负载线圈。

3.2 仿真结果分析

为了验证上面理论的正确性，固定其他线圈间距不变，研究发射、接收谐振线圈之间距离对系统输出电压、效率的影响。图9、图10是在两负载相同的情况下，当两负载各取50Ω、100Ω、150Ω的仿真结果。

由图9和图10可以看出当负载电阻值相同的情况下，较大的负载获得的负载电压大，传输效率高，谐振发射、接收线圈在4～5cm之间，系统传输效率达到最大值，即磁耦合谐振式无线电能传输系统有一个最佳传输距离，距离比较近的情况下系统传输效率、输出电压并不是最大值，因为在谐振线圈在距离近的情况下会出现频率分裂现象，影响系统的传输效率。

当两负载不同时的仿真结果如图11，两负载分别为50、150。

图11可以看出在负载不同的情况下，载大的可以获得较高的输出电压；由图10、图11比较可以看出负载总值相同时，两负载同为100Q时要比两负载分别为50Ω、150Ω的总效率要高。

4 结论