关键字 |
| 无线电力传输，电磁感应，高效通讯，系统安全。 |
介绍 |
| 过去十年，人类对智能手机和平板电脑等电子产品的依赖有所增加。人们经常使用手机通过电子邮件、短信和玩网络游戏与网络世界联系。对于普通用户来说，这些设备的电池可以持续使用一天，但由于这种设备的广泛使用，设备的电力需求增加，制造商被迫拥有更大的存储容量，这增加了设备的重量和成本。公共无线站充电可能是减少这些问题的一种选择，即改变设备的无线方式。无线充电在充电器接触的医疗环境中有很多应用，比如插头很容易被液体消毒剂腐蚀。雷竞技网页版集成式无线充电可广泛应用于医疗器械，可完全封装，防止污染和腐蚀风险。无线电源可以消除许多与充电器接触相关的风险和质量控制问题。雷竞技网页版 |
| 本文第二部分概述了无线功率传输的发展历史，第三部分介绍了电感耦合的工作原理。第4节解释了本文所采用的实现方法，以及第5节用于比较的线圈形状。第六节对全文进行了总结。 |
无线电力传输的历史 |
| 无线电力传输的历史早在1889年尼古拉·特斯拉就发明了著名的特斯拉线圈，可以无线传输电力。无线能量传输的研究由此开始。特斯拉实验解释了大多数现代感应功率传输技术，如:1)特斯拉使用强耦合谐振电路来改善系统中的功率传输。2)在二次侧采用自电容，以提高质量因数。3)在气隙上方采用火花放电，以提高谐振电路中的功率。1964年，William C. Brown在微波束[2]的基础上发明了一种点对点无线功率传输方案。1968年，美国工程师Peter Glaser提出了太空太阳能电站的概念，并进一步证明了太阳能在未来可以是OPEN ACCESS energy，可以先转换成电能，再以微波[3]的形式传输到地球。雷竞技app下载苹果版20世纪70年代，太阳能卫星(SPS)工程取得了巨大的进展，标志着人类已经掌握了电能传输技术。2007年，以麻省理工学院(MIT)马林·索尔贾西克教授为首的研究小组提出了强耦合磁共振(SCMR)技术，该技术可以在2米[5]的距离上以40%以上的效率无线传输60瓦的功率，再次让世界为之震惊。2008年，韩国科学技术研究院(kist)的研究人员开发出了道路动力电动汽车(EV)原型，命名为在线电动汽车(online EV)，系统效率约为70%。 |
| 一些常见的无线充电方式是先使用直接感应，再使用谐振磁感应。其他方法还包括微波或激光形式的电磁辐射和带有自然介质的电线。一些最常用的用于电力无线传输的方法是电磁感应，静电感应，电磁辐射，微波法，激光法和电导。 |
| 1)电感耦合:通过两个LC电路线圈之间的谐振耦合[6]效应实现无线功率传输。当发射机和接收机之间的距离较小时，效率最高。 |
| 2)激光:激光是一束相干的电磁能量，所有的波都有相同的频率和相位。NASA[7]使用这种机制为遥控飞机在视线内无线点对点地发送能量。红外敏感光伏电池作为能量收集器，将激光转换为电能。 |
| 3)压电原理:压电效应[8]是固体中机械应力和电压之间的关系。该方法利用能发射和收集振动波的压电传感器实现能量的无线传输。 |
| 4)无线电波和微波:对于远距离高功率能量传输，微波[9]是理想的选择。此外，整流天线是一种能够从无线电波中收集能量的天线，有一个完整的研究领域。 |
电磁感应式无线功率传输 |
| 电感耦合包括将两个线圈放在足够接近的地方，这样它们就像一个弱耦合的空芯变压器，因为它通过绕组电路之间的电感耦合来传输能量，从发射线圈辐射的磁场在接收线圈中诱导电流[10]。单独与电感耦合相关的宽带宽意味着更低的电压增益，因此由于增益-带宽权衡，传输到负载的功率更少，如中所讨论的。谐振电感耦合可以通过在线圈上加载电容来实现，这样电感-电容(LC)组合将在特定频率[11]上产生谐振。与谐振耦合相关的窄带宽和高增益将提高功率传输效率。使用电感耦合只能在短距离内传输功率(高达10cm)。 |
电感耦合的优点: |
| (a)设计简单-设计在理论上和实际操作上都非常简单。所建电路的复杂性较低，元件数量也很低。 |
| (b)低频工作-工作频率范围在千赫范围内。这一属性使得在面包板中进行实验和测试非常容易。此外，低频波段的辐射风险较低。 |
| (c)低成本-整个系统采用易于获得的分立组件设计。设计中不需要定制零件。 |
| (d)短距离实用——只要优化耦合系数，所设计的系统在短距离实用。 |
实现方法 |
| 线路电压由全桥整流器以两倍线路频率产生半正弦电压整流。振荡频率主要取决于变压器中使用的铁氧体铁芯的尺寸和最大磁通密度，以及晶体管的存储时间。当循环开始时，变压器中的电流增加，直到铁心饱和。在这一点上，有源晶体管的驱动器因此被移除，一旦它的存储时间过去，它就会关闭。在这个应用中，振荡频率将是25到40千赫。晶体管基极的RC网络减小了对存储时间的依赖，从而提高了关断时从基极提取电荷的速率。所述网络还用于使所述底座与所述底座变压器在关断时引起的振荡解耦，防止所述装置的误开。实现框图如图1所示。 |
 图1实现框图 |
| 文献[12,13]中讨论的平行-平行和串串补偿是本文的基本结构，我们用串串补偿来演示CT。图2为双线圈系统的等效电路模型，其中RS、R2(R3)、L2(L3)、C2(C3)、M23和RL分别表示电压源内阻、线圈寄生电阻、线圈自感、谐振电容、互感和负载电阻。 |
 图2电感耦合线圈等效示意图 |
| 在实施我们的项目中使用了不同形状的线圈，为了找到各自线圈的效率读数，并使用MATLAB绘制。 |
| 使用的线圈形状: |
| 1.环形线圈 |
| 2.矩形线圈 |
| 3.多芯圆线圈 |
 图3实验使用的各种线圈。 |
线圈比较 |
| 传输线圈和接收线圈保持在直线上，输入电源馈送到传输线圈。两个线圈之间的距离在开始时保持较低，并在接收端测量发射电压时进一步增加。通过改变线圈形状来改变不同类型的线圈，进一步进行了实验。 |
 图4输出效率与两个线圈之间的长度。 |
 图5两个线圈之间传输的输出能量与长度的关系。 |
结论 |
| 本文采用电磁感应式无线功率传输，比较了使用不同形状线圈进行传输和接收时的性能变化。结果表明，与其他形状的线圈相比，环形双绞线的性能更高。利用该线圈的原型模型，对其性能进行了图形化描述。 |
参考文献 |
- 通过无线电波传输能量的历史。IEEE反式。Microw。理论技术，1984,32,1230-1242。
- 微波束能量传输的实验。《IRE国际公约记录》，美国纽约，1966年3月21-25日;24页。
- 太阳能:它的未来。科学，1968,162,857-861。
- 布朗，W.C.太阳能卫星(SPS)微波功率传输组件的现状。IEEE反式。Microw。TheoryTech。1981,29,1319 - 1327。
- 科尔,a;卡拉里斯,a;莫法,r;Joannopoulos J.D.;费舍尔,p;通过强耦合磁共振的无线能量传输。科学通报，2007,27(3):344 - 344。
- Basset, P.， Andreas Kaiser, B. L.， Collard, D. &Buchaillot, L.(2007)。通过电感耦合无线供电和远程控制静电执行器的完整系统，IEEE/ASME机电一体化学报12(1)。
- 美国国家航空航天局(2003)。德莱顿飞行研究中心，用于无人机的激光束动力
- 胡华，胡勇，陈琛，王杰(2008)。一个由两个压电换能器和一个存储电路组成的系统，用于通过薄金属墙进行无线能量传输，IEEE超声学、铁电学和频率控制学报55(10)。
- 葛雷瑟(1973)。将太阳辐射转换为电能的方法和装置，美国一项专利。
- 示例中,美联社;迈耶,D.A.;分析，实验结果，和范围适应的磁耦合谐振器无线功率传输。IEEE反式。电子学报，2011,58,544-554。
- 拉,美国;吴,r;陈,m;岳志平。无线电源应用中平面电感相互耦合的建模。IEEE反式。电力电子，2014,29,481-490
- Sandrolini l;而美国;Puccetti g;电能无线传输谐振磁耦合的等效电路特性。Int。J.电路理论与应用，2013,41,753-771。
- 荀,l;Ng,瓦特计;李,C.K.);许世荣。二次回路谐振非接触变压器的优化运行。雷竞技网页版第23届IEEE应用电力电子会议和博览会(APEC 2008)，奥斯汀，德克萨斯州，美国，2008年2月24-28日;645 - 650页
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图1实现框图
图2电感耦合线圈等效示意图
图3实验使用的各种线圈。
图4输出效率与两个线圈之间的长度。
图5两个线圈之间传输的输出能量与长度的关系。