谐振式无线电能传输技术综述

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1、谐振式无线电能传输技术综述摘要：随着科技的进步，无线电能传输技术越来越受到关注。谐振式无线电能传输技术(MCR-WPT)作为一种中等距离具有较高功率和较大传输效率的无线电能传输技术成了研究的热点。本文对MCR-WPT进行概括性的总结。首先阐述MCR-WPT国内外的研究现状,其次分析MCR-WPT的基本结构和工作原理，并介绍目前用于分析该技术的主要理论，接着对该技术目前的传输水平和热点问题进行分类阐述，最后在当前研究的热点问题基础上，对该技术有待研究以及发展趋势进行了展望。关键词：无线电能传输；谐振；MCR

2、-WPT0引言近年，笔记本电脑、手机、音乐播放器等大量的电子产品正涌入我们的生活。这些电器设备大多通过固定的电源获取电能，即电器与电源之间一般都需要用导线连接才能工作。然而，电源线的频繁拔插既不安全,也容易破损；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；并且在安全上存在很多隐患。所以，对无线电能传输技术的研究就显得愈发重要和迫切。无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)又称为非接触式无线电能传输(contactlesspowertransfer,CPT),指的是

3、电能从电源到负载的一种没有经过电气直接接触的能量传输方式。根据传输机理的不同，无线电能传输技术可以分为，电磁感应式、电磁谐振式和微波方式。三种无线电能传输方式性能比较如下表无线充电方式传输功率传输距离缺点与技术电磁感应式几瓦到几百瓦d<=lcm充电器必须有对被充电设备识别的功能，二者需要保持平行。电磁谐振式几千瓦3m到4m必须对所需要的频率进行保护。微波无线式最大100mw最大10m传输功率低，发射功率大部分以无线电波方式被浪费掉。MCR-WPT利用谐振原理能够在中等距离有较高的功率和较大的效率。近年来，

4、国内外学者相继开展了关于MCR-WPT的理论和技术研究，取得了许多有积极意义的成果。文献［10-17］对MCR-WPT技术的发展进行了详细的综合论述。文献［18-41］概括了近年来国外的部分成果，文献［42-47］则概括了国内部分最新研究成果。市于谐振式无线电能传输机理复杂、技术难度大，涵盖了电磁场、电力电子技术、物理学、材料学、信息技术等诸多学科，还有许多理论和技术问题需要开展研究。本文对MCR-WPT技术进行概括性的总结、并探讨了有待解决的技术问题及发展趋势.1国内外研究现状1.1国外研究现状麻省理工

5、学院(MIT)的研究小组，于2007年运用磁谐振耦合技术式实现了电能在中等距离(米级)的无线传输山，在其谐振频率为9.90MHz情况下，两个线圈相距2m时，能量传输效率约为40%；而两个线圈相距lm时，能量传输效率为90%。西雅图Intel实验室的研究小组，于2008年8月，运用谐振耦合技术研制岀能够为小电器充电的无线传输装置。该实验小组，研制的一个电磁谐振耦合无线传输装置能在相距lm时，点亮一个60W的灯泡，效率为75%。日本富士通公司，在2010年运用电磁谐振耦合无线电能传输技术可以为多个设备进行充电

6、。在2013年5月贵州举行“无线电能传输关键技术与应用学术研讨会”中。美国密歇根大学的ChrisMi教授宣布他所领导的团队取得了一系列成果，可以实现2-6kW的无线电能传输，效率高达94%以上,且系统工作频率在200kHz以下，非常适合于电动汽车的无线充电；斯坦福大学研究出一种电动汽车移动充电系统，汽车可以边行驶边充电，无线充电效率达97%。目前磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究尚处于起步阶段，主要集中在系统性能的提高和特殊场合的应用研究。1.2国内研究现状国内在这方面的研究起步虽然较晚，但是也取得了一定

7、的研究成果。哈尔滨工业大学用串接电容的方式，制作了直径为50cm的LC谐振器3】，此实验装置在相距0.7m时，能传输23W的能量，传输效率为50%o重庆大学的课题组，有一套完整的理论体系⑸，其研制岀的无线电能传输装置，可以传输600W到1000W的电能，最高传输效率为70%。该课题组制造的最具有代表性的无线供电小车。华南理工大学的课题组设计制作了多组谐振耦合无线电能传输装置，这些传输装置的参数都不相同，通过对这几组无线电能传输装置进行比较试验，对谐振耦合无线电能传输系统的线圈尺寸以及距离与传输效率之间的关

8、系；设计出了频率跟踪系统，解决了电磁谐振耦合电能无线传输中谐振频率失谐的问题。1.3目前的研究水平MCR-WPT研究水平主要通过传输功率、传输距离、传输效率和系统谐振频率体现。归纳文献［9］和［18-47］可以得到当前最好的研究水平，如下表所示。通过表中的参数可以得到3点结论：①目前传输的功率较小：小于lkW；②工作频率较宽③传输效率与传输距离成反比。传输功率(W)传输距离5)传输效率(/%)谐振频率(MHz)参考文献(i)6