无线功率传输技术

《无线功率传输技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、无线功率传输技术WirelessPowerTransmissionTechnology在不久的将来，无线充电将大规模的进入商用时代；而我们的生活方式也将随发生改变，高效、快捷、方便的无线充电时代即将到来。注：本文档由中北大学徐方良总结整理，仅供学习交流；疏漏和不足之处还望批评指正。无线功率传输的四种主要方式目前四种主要的无线功率传输方式按原理可分为电场耦合式、电磁感应式、磁共振式和无线电波式，但目前实现商用的无线充电产品多是电磁感应式。不过电磁的显著缺点是传输距离较短且对两感应线圈的同轴度要求较高，这也限制了电磁感应式无线冲技术的大规模应用。1电磁感应式无线功率传输1.1

2、电磁感应式原理利用电磁感应原理，类似于变压器；在接收和发射端各有一个线圈，电源连接发射端并通交变电流，发射端线圈周围便产生了交变磁场；此时若接收线圈位于此交变磁场中便会产生感应电动势，进而给用电设备供电。电磁感应原理如下图所示。图1.1电磁感应无线充电原理1.2电磁感应式研究发展现状电磁感应式无线充电技术是目前研究和发展最成熟的无线充电技术，并且无线充电联盟（WPC）已经完成了传输功率小于5W标准的制定；5-120W的行业标准也正在制定中，目前多家公司也正在面向汽车行业研究开发更大功率的电磁感应式无线充电技术。目前成熟应用于商业产品的多为小功率产品，如图1.2所示。图1.

3、2成熟应用实现商用的多是小功率产品，在5-120W甚至是高于120W的大功率用电设备中的使用还处于研发和样机试验阶段。图1.3给出的是少量实现商用或者是还处于试验阶段的样机。图1.3电磁感应式大功率无线充电1.3电磁感应式无线充电技术的优劣优势：a)短距离传输效率高；b)操作简易而且规模容易控制；c)技术简单。缺陷：a)送电距离比较短,在数毫米到十几厘米之间（电磁感应式的最大缺点）；b)输电过程中对原副线圈同轴度要求较高，否则输电效率会急剧下降；c)需要考虑散热问题。2磁共振式无线充电技术2.1磁共振式无线功率传输原理磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相

4、同的音叉，其中一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。如图2.1所示，送电线圈和受电线圈是两个相同的线圈，在送电线圈通上与线圈固有频率同频的交流电时，受电线圈也将感应产生相同的频率交流电流（两个在磁场中共振的线圈在谐振状态下课进行能量交换）。图2.1磁共振无线功率传输原理图2.2磁共振式无线功率传输的研究发展现状麻省理工学院研究人员AndréKurs等人在2007年发表于美国科学杂志的关于无线功率传输研究的论文《基于强耦合磁共振无线功率传输》。他们图2.2所示的原理图制作实物定量研究了磁共振耦合理论，并且以40%的

5、效率点亮了2米之外的一盏60W的灯。耦合模理论图2.2磁共振式无线功率传输实验原理简图如图所示，连接A的为一射频源，电源接通后在圆环A上将产生一高频交变电流，从而在A附近存在交变的磁场。因而在距离A较近的源线圈S内将产生感应电动势，在线圈内将产生沿线圈长度s方向分布的电流：I(t)=其电流I随S的变化曲线如图2所示。当源线圈电流变化频率等于线圈的固有频率时，将引起设备线圈D的共振（S、D为相同且同轴放置的线圈）；设备线圈的内的交变电流将会在其附近产生一个交变的磁场，使通过位于其附近的圆环B的磁通量发生改变，从而产生了感应电动势，进而驱动负载（灯泡）工作。在这个实验中，关键

6、是两耦合线圈中电流的变化情况。两个共振线圈中电流在线圈长度方向上分布情况和随时间的变化如图2.3所示。图2.3谐振状态下两耦合线圈中电流实部的分布曲线注：图中共11条曲线，分别是在t=0到t=T/2每隔T/20的时间间隔下作出的曲线。其中电流的幅值假设为0。在任何时刻线圈中电流I(t)的模都为定值，侧面说明了谐振状态下线圈中的总能量是固定的。电流模曲线与图中t=0时刻的曲线相同。图2.4所示的为一辆运用磁共振原理进行充电的试运营电车。图2.4运用磁共振式无线功率传输的新型电车2.3磁共振式无线功率传输的优势和劣势磁场共振方式，则是现在最被看好、被认为是将来最有希望广泛应用

7、于电动汽车的一种方式。优势：a)可实现中等距离的传输（数十厘米到数米），更具现实实用性；b)共振是特别的适合每个应用，因为一般大部分的材料不能与磁场相互作用因而对环境的影响也相对较小；c)传输效率（75%以下）相对适中，在将来可以通过技术将传输效率进一步提高；d)两共振线圈并不一定要求同轴布置，对线圈的位置要求没有磁共振那样高。技术难点：小型、高效率化比较难，现在的技术能力大约是直径半米的线圈，能在2m左右的距离提供60w的功率。2.4电磁感应式与磁共振式无线功率传输对比图2.5电磁感应式与磁共振式无线功率传输对比图从图中可以