谐振中距离无线电能传输及其关键科学问题(张波)

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1、谐振中距离无线电能传输及关键科学问题张波华南理工大学2014.5.30内容1、问题阐述2、三种基本方式及物理解释3、分析方法及特点4、可能的极限参数5、与高压交直流输电原理比较6、未来研究方向7、结语1、问题阐述产业界的疑问？什么时候技术可以产业化？大众的疑问？电磁辐射对人体是否有害？学术界的疑问？原理是否正确？距离、效率、功率、电磁问题？1、问题阐述对MIT研究的疑问：（1）为什么距离只有2m?（2）为什么效率只有40%？（3）为什么功率只有60w？（4）为什么谐振频率是9.9MHz?（5）为什么线圈半径大于0.25m?（6）为什么品质因数是960？1、问题阐述产业界的

2、疑问？无线充电财团WPC（2008年成立）Qi无线充电标准（2010年推出）电磁感应技术PMA电源事项联盟（2012年成立）大标准PMA无线充电标准（2013年推出）电磁感应技术A4WP无线充电联盟（2012年成立）Rezence无线充电标准（2013年推出）1、问题阐述无线输电产业化？品诺基亚无线充电手机Lumia920戴尔笔记本无线充电底座1、问题阐述无线输电产业化？品WiTricity发布苹果iPhone5s/5无线充电系统1、问题阐述无线输电产业化？2014年将是无线充电市场真正拐点IMSResearch的数据：2014年，无线充电产品1亿台电动汽车静态无线充

3、电2020年，无线充电产品10亿台，（3KW,90%,85KHz,15cm)62亿美元1、问题阐述大众的疑问？无尾厨电的电电磁感应技术磁辐射量仅为手机的1/10100KHZ的低频磁谐振技术电磁波不会对人体造成伤害只与同频的负1、问题阐述学术界的疑问？电磁感应与磁谐振是否一致？电磁感应示意图1、问题阐述对MIT研究的疑问？2006年11月MIT目前可能的极限参数？灯：60w、2m、40%；蓄电池：70%2、三种基本方式及物理解释基本方式并联谐振比电磁感应效果好些低频感应谐振耦合无线输电（2008）串联谐振比电磁感应效果好得多高频自谐振强耦合无线输电（2006）串联谐振2、三

4、种基本方式及物理解释物理解释磁场在线圈间发生反射，进入回音壁模式，增大了耦合磁场，实现无线电能传输。在空间通过谐振，在发射线圈与接收线圈之间形成能量短路，实现无线电能传输。类似于机械共振、声共振原理，通过能2、三种基本方式及物理解释物理解释孩人2、三种基本方式及物理解释物理解释SourceReceiver电路谐振电路谐振2、三种基本方式及物理解释限制条件发射线圈产生的近场范围内保守场或守恒场近场电感电容振荡电路近场中的磁场和电场大小11HH323、分析方法及特点分析方法耦合模理论将无线输电系统用能量耦合方程表示变压器模型将频率较低、集中参数描述的无线输

5、电系统用变压器耦合方程表示二端口模型将无线输电系统用它们相应的外特性参3、分析方法及特点工作过程SD耦合模DSMHSDHJSSkEDt2LLSDtaL1I212SS2S-SSaaDD=aLDDID23、分析方法及特点工作过程SD变压器SUIMSUIDDDSSPUIcos222SS-IrIrssDD=PIrDDL3、分析方法及特点工作过程SD二端口s+1SGs+2sDL-1s222Sss22-Sss+1--1D22Sss22-22+1-1-S11，，，SSS122122

6、=SssD22-4、可能的极限参数距离能有多远？波阻抗恒定近场范围：波阻抗EZ=HMHz~50MHzSMax=47=4777m.77mcc波长=近场距离S=f2f4、可能的极限参数能量耦合系数有多大？2互感M12MIS'kML感应耦合系数SDS耦合系数kML(2L)谐振耦合系数SDSDkLSDS64、可能的极限参数效率能有多大？2()MRW实际最大效率100%2()RRRRR[()(M)]DWSDW理想情况RR0,0100%SD线圈电阻实际情况R0<100%S辐射电阻RD0线圈电阻4、可能的极限参数传输功率能有多大？Q

7、MISDIPQMax=最大传输功率RW22()URSWMUUP负载功率SDSMRW最大输出功率与电磁耦合大小及频率成反比？耦合越小传输功率大！4、可能的极限参数辐射能有多大？由于人的相对磁导率为1，故磁耦合谐振对人体几乎没有影响。磁辐射射概水平大概和核磁共振仪类似，应该是在安全范围之内。由于R小于小于人体，电磁大部分流过RWWiSDuSDRW人体振5、与高压交直流输电原理类比谐振无线输电思想：无线通过近场磁谐振，在电源与负载之间建立一条低电磁损耗、无形的输电通道。高压交直输电思想：通过高电压，在电源与负载之间建立一