低频小尺寸高效无线电能传输系统研究.pdf

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1、低频小尺寸高效无线电能传输系统研究董燕，余亮，李琳，梁齐(合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥230009)摘要：探索了在较低频率下多接端、加中继和隔磁材料3种耦合结构下提高谐振耦合系统电能传输效率的可行性。实验表明这些方法均可有效提高系统整体传输效率，最后应用上述方法构建综合系统，综合系统的效率可以达到85．4％。关键词：谐振耦合；多接收端；中继线圈；隔磁片中图分类号：TM133文献标识码：A文章编号：0258—7998(2014)05—0062—03Researchofeficientwirelesspowertransmis

2、sionsystemuponlowfrequencyandsmallsizeDongYan，YuLiang，LiLin，LiangQi(SchoolofElectronicScience&AppliedPhysics，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Thispaperstudiedtheeffectsofmultiplereceiver，intermediatecoilandmagneticinsulatingmaterialonthepowertransfer

3、eficiency．Experimentalresultsshowedthatthesemethodsallcaneffectivelyimprovetheoverallsystemperformance．Theintegratedsystemeficiencywas85．4％whenthesemethodswasusedtobuildtheintegratedsystem．Keywords：resonatingstructure；multiplereceiver；intermediatecoil；magneticinsulationma

4、terial著名物理学家赫兹发现电磁波后不久，美籍电气学耦合模理论(CouplingModeTheory)表明，采用高无载Q家尼古拉·特斯拉便提出利用电磁波携带能量实现无线值线圈可明显提高谐振系统在低频下的传输效率，促电能传输的构想⋯。与传统的用导线进行电力传输方式使超导谐振耦合系统设想的产生，但其高昂的成本不相比，无线电能传输实现了电源与用电负载间完全的电容忽视[61。参考文献[7】则提出采用阻抗变换电路改变气隔离，不仅克服输电导线带来的空间限制、不易维护负载等效阻抗的方法以提高系统的传输效率。PINTOt1、等问题，更可避免接触放电等

5、安全隐患，具有安全、可TAK[】和HUNTERt1等人发现，采用不同模型，谐振耦合靠、灵活等无可比拟的优点[21。经过多年的研究发展，电系统的能量传输效率均受谐振体距离和相对角度等谐能无线传输延伸出几种不同的传输方式：微波、无线电振结构参数的影响，在一定结构条件下存在效率极值，波、激光、超声波、电磁感应、谐振耦合，这几种传输模这说明可通过优化设计谐振结构来有效提高传输效率。式各有优势和不足[3-41。电磁感应式是过去20年来无线例如，罗斌等人最近便采用单中继线圈显著增大了小信电能传输的主流，已有一些商业化产品面世，但其传输号、低频率RLC

6、串联谐振系统的能量传输距离，且发现距离过短制约了它在更广阔范围的应用。系统的传输效率和负载功率对中继线圈的横向偏移和谐振耦合模式由MIT的M．Soljacic团队提出，并通角度倾斜变化不敏感。实验还发现，线圈匝数与传输效过了实验验证，实现了2m、60W的传输效果[51，这表明率成负相关，而线圈半径的增大对传输效率产生先提升该模式具有独特优点，奠定了无线电能传输技术在汽车后抑制的影响¨”。另外，串／并联混合谐振电路、自适应充电、物联网传感器及医疗植入物供电等广泛领域的实频率调节等方法也被预期可用于提升或保持系统的最用化基础，引发了近年来谐振

7、耦合式无线传输技术的研佳传输效率。究热潮。本文通过实验探索了多负载线圈、单中继线圈、隔磁目前，如何提高电能传输效率已成为研发实用化、材料贴附对谐振耦合无线电能传输系统能量传输效率低频、小体积谐振耦合无线电能传输装置的关键课题。的影响。62欢迎网上投稿WWW．chinaaet．tom《电子技术应用》2014年第4O卷第5期1多接收线圈结构对传输效率的影响接收端目前谐振耦合式无线电能传输系统多为单负载线圈结构。由于发射线圈发射磁场并无完全的单向性，在以其为中心的球形空间内均有一定程度的磁场分布，单～线圈负载显然无法接收整个磁场能量。采用多负载

8、线圈结构理论上可提高磁场能量接收率，从而有望提升系统图3附加中继线圈谐振耦合系统传输效率。一实验发现，中继线圈与发射线圈间距离d对系统传图1给出了本文实验研究的单负载谐振结构和双输效率影响明显