无线供电技术方案.doc

无线供电技术方案.doc一、研究技术背景
无线输电技术（是一种新型的电能传输技术，它涉及电源技术、 无线电磁波技术、电池充电技术等，属于世界电能传输的前沿领域。 无线输电即利用无线电磁波或变化电磁场进行电能的无线传输。这一 技术不受空间限制，能够克服有限输电方式各种弊端，不仅在工业场 地机器人、深水勘探、核能反应堆调试、油田矿井、航空航天、电动 汽车充电站、无线感知网络等领域具有重要的应用价值。又如无绳家 用电器、植入医疗器械充电等民用领域也具有极大应用价值和发展空 间。在庆祝中国科协成立五十周年学术活动中，无线输电技术被评为 “十项引领未来的科学技术”之一。
无线输电的提出最早要追溯到一百年前的尼古拉特斯拉。他被称 为开启电与磁之门的人。他是现代电子工程奠基人，并发起了第二次 工业革命。他不仅在电磁学和工程学上具有很高的成就，而且也被认 为对弹道学、机器人、资讯科学、核子物理学和理论物理学各种领域 都有贡献，包括我们今天使用的互联网，也是其贡献之一。
1889年尼古拉特斯拉发明了 “无线输电方法”。于是他在美国的 科罗拉多泉建设无线输电实验室研丸及开发此项“无线输电”技术, 即将普通的低频至高压电流转化为“高频电流”，然后再经由空气作 为传送媒介来输送电能。此项“无线传电”技术不单单省却了输电电 缆的成本，还可以免去输电时因电阻所致的电能损耗。经过八个月的 研究后，特斯拉决定在长岛
试建首座名为“特斯拉线圈”的电力发射塔，当时他建造了一巨 大的特斯拉线圈，搭建在直径为英尺，高为英尺的发射塔上，试验中 他把频率为发射功率为的电能输送给特斯拉线圈上进行发射，天线塔 顶周围的射频电压高达。特斯拉试图把电量输送到世界各地，定向为 一些孤立地点提供照明供电。但是由于特斯拉的无线输电实验耗资巨 大，并且其方案并没有解决电能定向传送这一关键问题，在后期美国 安全安全部也对此项目进行干涉，最终特斯拉的无线输电方案没有成 功实现。
历经一百多年的空白，今天的无线领域，电磁微波技术已经完美 的实现数据信号的无线传输，但在应用于能量传输方面还未有长足的 进展。其中最主要的问题是全向福射所导致的能量过度散失。
2007年，国外学者对于利用共振原理来提高处在非福射场中的 两个物体间能量的传输效率进行了可行性分析结论表明有着相同共 振频率的两个物体可以更加高效的进行能量传输，即相比没有发生共 振的物体，能量散失损耗更低。在经典的共振工程应用中，如声波系 统、电磁场系统、核子系统，普遍存在一个的“强辛禹合”的现象。 如果我们能够使无线输电系统达到此状态，能量的传输效率将会非常 高，即使相隔一段距离也可以实现中高频的能量传输，同时不论周围 空间布局如何变换，所建立的能量共振传输通道都会使无线输电系统 具有相对较好的安全性和稳定性。
本项目正以此为基础对无线输电技术进一步的分析与研究。本项 目所研丸的磁耦合共振型无线供电系统正是基于此建立的。此系统是 由美国MIT在2007年提出的，并把实验结果发表在《Science》杂志 上。与传统的感应式与微波式无线输电系统不同，磁戰合共振无线输 电系统利用共振的原理大幅提高了无线传输效率，实现了高效的中距 离无线电能传输。
本项目主要研究此系统电磁场近场范围内谐振模型、系统传输模 型的特性与系统共振频率的准确计算方法。磁耦合共振无线输电系统 的优点是能量发射是非福射的，相对于电磁感应式无线输电系统，此 系统减少了空间能量散失。无负载情况时，发射端仅消耗较小自身发 热损耗和空间福射损耗，当有负载进入高频电磁场范围时建立共振能 量传输通道进行能量传输。此系统以空气为传输媒介，工作是仅在具 有相同的共振频率的发射接收设备间进行能量的传输，因此具有很好 的安全性。此系统还有良好的穿透性，不受空间障碍物干扰，可穿透 墙体实现隔墙供电。与磁感应式无线输电系统相比传输距离提高了数 百倍，相比微波式无线输电系统功率可大幅提升。在实验中发现根据 发射接收线圈的特性，选择最佳的工作频率，使系统工作在“强耦合” 状态，系统的传输效率可以达到75%以上。
二、主要技术指标
1、 供电输出电压5. 5V-6V
2、 供电距离大于300mm
3、 供电电流大于200mA
可隔墙输电。
三、系统方案
一个实际的谐振式无线能量传输系统，如图所示，通常有以下几 个模块组成：工频交流电源、工频整流模块、高频逆变模块、发射线 圈、接收线圈、高频整流模块、系统控制器模块。
图1系统框图
系统搭建完成后，系统的工作流程如图2所示。具体而言，市电 首先通过整流模块进行整流，得到稳定的直流电。直流电经过高频逆 变，加到发射线圈之上，经过谐振式强磁耦合传输到了接收线圈。接 收线圈上的电能再经过高频整流以及后续调理电路加到了负载上。系 统在工