关于磁耦合谐振式无线充电系统能量传输原理及距离因素的研究.pdf

《关于磁耦合谐振式无线充电系统能量传输原理及距离因素的研究.pdf》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、关于磁耦合谐振式无线充电系统能量传输原理及距离因素的研究StudyonMCR-WPTaboutthePrincipleandtheDistanceFactor一冯锟(武汉大学电气工程学院湖北武汉430072)摘要：本文介绍了无线充电技术，指出了磁耦合谐振式无线充电技术的优点，分析其原理，搭建了设备实体，通过研究发射功率和负载获得功率与充电间隔距离之间关系的实验，发现近距离充电时耦合因数会使最佳谐振频率漂移，远距离充电转换功率会减小，从而得出寻求合适的距离能使充电功率保持稳定的结论。关键词：耦合；

2、谐振；电磁辐射近场；充电距离Abstract：Thispaperintroducesthewirelesschargingtechnology，pointsoutMCR—WPTadvantages，analysistheprinciple，setuptheequipmentIntheexperimentofstudyoi1thereladonshipbetweenpowerandchargingdistance，findthatintheneardistance，chargecouplingfa

3、ctorwilmaketheresonancefrequencydrift，infardistancechargingconversionpowerwillreduceThentryexplainingtheseproblems，thusgettheconclusionthatasuitabledistancecanmakethechargingpowerstableKeyWords：coupling；resonance；electromagneticradiationnearfield；Cha

4、rgingdistanceDoi：10．3969／j．issn．1673—5137．2014．06．0050．IjI。1．1电磁辐射近场电能是人类生活中必不可少的能源，然而目前电能必发射端的高频正弦波在线圈上振荡产生电磁场，在须依靠导线传输，空间上的限制带来了诸多不便。19世纪电磁场源周围均存有电磁辐射场，电磁能量以电磁波形式著名电气工程师特斯拉曾设想建立地球电离层和地球本体在空间传播。电磁辐射场可分为性质不同的两个部分，其间的共振，利用地球表面电磁波输电；2006年MIT提出谐一，为电磁场能量

5、在辐射源周围空间及辐射源之间周期性振式无线充电并在实验中进行了验证，使得无线输电的实地来回流动，不向外发射，称为感应场(近区场)；其现变得指日可待。二，为电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形式向外发目前，无线能量传输方式分为电磁波式”、感应式射，称为辐射场(远区场)。近区场，通常以场源为中心和磁耦合谐振式]。三者中电磁式能量损失严重，感应式的三个波长区域内，恒定电磁场和交变电磁场的综合，能传输距离太小，而磁耦合谐振式是近年才出现前沿技术，量在场源内部和周围流动，损耗极少，因此，无线充电可能够穿越障

6、碍物进行高效充电，可方便地用于对电子设备利用辐射近场做为传输能量的媒介，而在辐射近场中电磁进行无线充电，有极大的研究意义。波的波长特性(1m一10m)则可绕过障碍物，在一定范围1．Ig#l!内进行能量发射和接收【4】。磁耦合谐振式无线充电技术是依据电磁辐射近场理1．2波的耦合论、耦合理论和谐振理论。我们知道无线充电的传输能量无线充电技术利用电磁波耦合原理来传输电能，耦合依靠电磁波，只有在电磁辐射近场媒介中发生电磁波耦合在众多电子器件中得到应用，用数学模型分析耦合原理如才能传输能量，只有当发射模块

7、和接收模块电路与电源发下生谐振时才能保证传输效率。一jMs：(1)现代传输l63当电源频率与发射端和接收端本征频率相等，即叫2S2-jMS(2)f==时，发生谐振，此时式(1】、(2)中，Sf表示波的强度，ki表示波在没础+志=础+志一o㈣有相互作用时的传播常数，表示波相互之间的耦合系数，z表示时间。式(1】、(2)解的形式为将式(9)代入式(8)可知，发生谐振时，系统传S1=Sxoe一(3)输能量达到最大，所以，无线充电模块中的接收端与发射端本征频率要保持相同，电源频率应稳定在系统本征频率S2

8、=820P一(4)上，这样能量传输效率为最大。2．基f磁耦合谐振式无线充电没备的硬件没汁：当kl：k2，即两个波的传输常数相同时，将(5)代入(3)、(4)可得S1=Soe一cos2}lz(6)图2硬件模块组成S2=一0e‰sinMz(7)无线充电设备的硬件组成可由图2所知。无线充电设由式(6)、(7)可知，以两个波耦合时，总体能量备发射端由正弦信号发生模块1、功率放大模块2和发射模随时间而衰减，能量在两个波之间相互交换。若在无线充块3构成。正弦信号发生模块产生的信号1由功率放大模块电系统中持续