无线电能传输装置设计报告
毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计
本科毕业设计论文开题报告题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期电能无线传输装置的硬件设计姓名：专业班级：1 课题研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。
大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。
这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。
例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。
在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。
在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。
这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。
无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。
实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。
电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。
无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。
作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。
一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。
无线电能传输装置设计
中国计量大学本科毕业设计（论文）地下变形测量集成传感器的无线电能传输Wireless power transfer for Integrated Sensors of underground deformationmeasurement学生姓名郑建国学号1200107214学生专业自动化班级12工试3班二级学院量新学院指导教师李青教授中国计量大学2016年6月郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
学生签名：日期：分类号：TP2密级：公开UDC：62学校代码：10356中国计量大学本科毕业设计（论文）地下变形测量集成传感器的无线电能传输Wireless power transfer for Integrated Sensors of underground deformationmeasurement作者郑建国学号1200107214申请学位工学学士指导教师李青教授学科专业自动化培养单位中国计量大学答辩委员会主席卫东评阅人2016年6月致谢在执笔撰写本篇论文的时候，意味着我的四年大学生涯即将告一段落。
回顾往昔，唏嘘不已，有的同学在大四已经找到了不错的实习工作，还有的同学考取了研究生，其他的人也都有各自的出路和选择，而我们大家也终将在这段青春岁月里告别，各奔东西。
在这最后的半年中很感谢一直都给与我指导和帮助的老师、同学和朋友们，没有大家，就没有我的今天！所以在此我要把最真挚的感谢送给你们！首先我要感谢我的指导老师——李青教授对我在毕业设计上的细心帮助，且提供实验室让我们有能够探究和实践的场所。
在这整个的毕业设计过程中，从开题答辩、中期检查一直到最后实物的验收和改进，论文的修改，李青老师认真审核了我的文本资料，找到我的设计中存在的问题，并给我提供了可行的改进方案。
基于无线电能传输装置的设计
基于无线电能传输装置的设计【摘要】本文基于电磁谐振耦合的基本原理设计了一个无线电能传输装置，通过该装置能够将直流电能通过线圈耦合进行无线传输，且效率可调。
整个设计分为电能发射部分和电能接收两个部分。
发射部分主要将直流电源通过发射端电路产生振荡送到发射线圈，接收电路的接收线圈通过耦合将接收来到的交流电波进行整流和滤波。
发射线圈和接收线圈根据实际情况配合耦合电容绕制而成，可以实现电能无线传输。
通过调节谐振点改变谐振频率从而实现接收端功率的变化。
【关键词】无线电能传输;LC电路;电磁耦合;谐振频率1.引言无线电能传输（wireless power transmission，WPT）技术是当前电气工程领域最活跃的研究热点之一，同时正吸引其他学科开展交叉研究。
与传统供电方式相比，WPT技术的最大优点是实现了电能在电源与负载之间的无接触式传输，从而改变了电源到负载的接入方式。
而随着小型移动设备的发展和传统有线能量供应问题的突出，传统的电源线供电模式已不能满足人们对移动性及特殊场合的要求，因此无线电能传输技术成了研究热点。
无线电力传输系统具有能量传递方便、无电源线困扰等特性，在小型移动设备上有较大的应用前景。
2.整体电路概述本设计由控制电路，振荡级，高频输出级，发射线圈，接收线圈，接收电路组成，其系统基础部分框图如图1所示。
图1 无线电能传输系统基础框图发射部分与接收部分简化电路如图2所示。
图2 无线电能传输系统简化电路2.1 无线传输系统的工作原理根据电磁场理论，变化的电厂能够产生变化磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，这样电场和磁场两者互为因果，形成电磁场。
电磁辐射源产生的交变电磁场按照性质的不同分为远区场和近区场。
在远区场一部分电磁场能量脱离辐射源以光速向外辐射形成电磁波，因此远区场也成为辐射场;在近区场电磁场能量在辐射源距离小于λ/2π的区域属于近场区，大于λ/2π的区域属于远场区。
谐振耦合是指两个具有相同谐振频率的谐振体，由于频率相同能够高效的实现能量的传递。
无线电能传输(课程设计)实验报告【范本模板】
实验报告1。
实验原理与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚,实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求.无线电能传输技术(Wireless Power Transfer， WPT）也称之为非接触电能传输技术（Contactless PowerTransmission, CPT),是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。
无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。
在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术"之一。
到目前为止，根据电能传输原理,无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。
作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念,基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换,而非谐振物体之间能量交换却很微弱。
磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度(mid-range）能量传输技术,其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米)。
除了较大的传输距离,还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害;良好的穿透性,不受非金属障碍物的影响。
因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。
基于无线能量传输的储能装置设计
基于无线能量传输的储能装置设计无线能量传输是一种利用电磁波或磁场将能量从一个设备传输到另一个设备的技术。
这种技术有望在许多领域带来巨大的变革，尤其是在储能装置设计方面。
在本文中，我将介绍基于无线能量传输的储能装置设计的原理、优势和应用。
基于无线能量传输的储能装置设计的原理是利用电磁感应原理或磁共振原理来实现能量的传输。
具体来说，一个发射器产生高频电磁波或磁场，而一个接收器则通过感应或共振来收集能量。
这种设计可以使储能装置免于使用传统的电线连接，从而提供更大的便利性和灵活性。
与传统的储能装置相比，基于无线能量传输的设计具有几个显著的优势。
首先，无线能量传输消除了对电线连接的依赖，因此可以使装置更加紧凑和便携。
这对于电动车、移动设备和医疗设备等领域都具有重要的意义。
其次，无线能量传输可以提供远距离的能量传输。
这意味着储能装置可以离开电源，从而更好地适应一些特殊环境，如水下、空中或其他无法铺设电线的地方。
此外，由于无线能量传输的高效性，这种设计还可以减少能量的浪费，从而提高装置的能源利用效率。
基于无线能量传输的储能装置设计在许多领域都有广泛的应用。
一方面，它可以用于电动车的充电。
无线充电技术可以使电动车免于使用充电线，提供更便捷的充电方式。
另一方面，无线能量传输的设计也可以应用于可穿戴设备和移动设备。
例如，智能手表、智能眼镜和智能手机等设备可以通过与发射器的配对，实现无线充电，提供更便利的充电方式。
此外，无线能量传输还可以应用于医疗设备。
例如，无线充电技术可以用于听力助听器、心脏起搏器等设备，使其免于使用电线，提高设备的可携带性和舒适度。
当然，基于无线能量传输的储能装置设计也存在一些挑战和限制。
首先，能量传输的效率仍然是一个重要的问题。
目前，无线能量传输的效率相对较低，需要进一步的研究和改进。
其次，安全性也是一个重要的考虑因素。
在无线能量传输过程中，人们需要确保在传输过程中不会对健康产生任何负面影响。
小型无线电能传输装置设计与实现
小型无线电能传输装置设计与实现随着科技的快速发展，无线电能传输技术日益受到人们的。
在这种背景下，设计并实现一种小型无线电能传输装置，具有很高的实际应用价值。
本文将详细阐述这种装置的设计与实现过程。
无线电能传输技术是一种通过空间磁场或电磁波来传输能量的技术。
与传统的有线电能传输方式相比，无线电能传输具有很多优点，比如便捷性、安全性和环保性。
因此，无线电能传输技术在很多领域都有广泛的应用，比如电动汽车、智能家居和医疗设备等。
在小型无线电能传输装置的设计过程中，我们需要以下几个方面：电路设计、软件设计和硬件实现。
电路设计是整个装置的核心部分，它主要包括功率放大电路和振荡电路的设计。
在功率放大电路的设计中，我们需要考虑到放大器的增益、效率和线性度等因素，同时还需要对电路进行必要的测试和优化。
软件设计主要是指对装置的控制程序进行编写，包括对功率放大电路的控制、数据的采集和处理等方面。
硬件实现是指在电路板和元器件的选择、布局和连接等方面进行实际操作。
在实现过程中，我们遇到了很多问题，比如电路板的布局不合理、元器件的损耗过大以及电磁干扰等问题。
针对这些问题，我们采取了相应的解决方案，比如优化电路板的布局、选择低损耗的元器件和增加电磁屏蔽等措施。
最终，我们成功地实现了小型无线电能传输装置的研制。
这种小型无线电能传输装置在很多领域都有广泛的应用前景。
比如，它可以应用于无线充电领域，为手机、平板等移动设备提供便捷的充电方式；还可以应用于医疗设备领域，为植入式电子设备提供持续的电能供应。
这种装置还可以应用于智能家居、工业生产和军事等领域。
它的实现不仅提高了设备的便携性和安全性，还为很多新兴领域的应用提供了可能性。
小型无线电能传输装置的设计与实现具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
我们相信，随着科学技术的不断发展和进步，这种装置将会在更多领域得到应用和推广。
我们也期待这种装置在未来能够实现更高的能量传输效率和更广的应用范围，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
无线电能传输(课程设计报告)实验报告
实验报告1.实验原理与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。
无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。
无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。
在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。
到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。
作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。
磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。
除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。
因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。
基于单片机控制的无线电能传输装置的设计
（ 作者 单位 ：武汉 交通职业 学院 ）
图２磁 耦合 式 无线 电能 传输 系统
三、其他主要 电路设计
（１ ）振 荡 电路 。由５ ５ ５ 定 时器组 成 的多谐 振荡 器 ，其 中 Ｒ 、Ｒ 和电容Ｃ： 为外接 元件 。 电容 ｃ ： 充 电时 ，定时 器输 出 ， 电容 Ｃ ： 放 电时 ， ０ ，电容不 断地 进 行充 、放 电 ，输 出端便 获
Ｓ ＹＳ Ｐ Ｒ ＡＣＴ Ｉ Ｃ Ｅ 系统 实践
基 子单片机 控制 的＿ 无 线 电能传输装 置 的设 计
◆赵
摘 要 ：本 系统利 用大功 率 高频传 输 线共振 变压 器（ 放 大发射 机） 的原理 对 能量进 行 放 大与传 输 ，同 时 应 用 了耦合 强磁 共振 原 理将 电场 能量 转化 为磁 场能 量 ，完成 了无 线 电能传输 装置 的设 计 。 系统 主要 由发射模 块 、传输 模块 、接 收模 块 、Ｓ Ｔ Ｃ１ ２ Ｃ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控 制模 块 、１ ２ ８ ６ ４ 显示模 块 等五部 分构 成 。 发 射 模 块 与接 收 模 块 通 过 磁 场 耦 合 相 联 系 ， 发 射 电路 将 电 能 转 换 为 磁 场 能 量 发 射 出去 ， 通 过 前 后 级 绕 组 的 电磁 感应将磁 场 能量传输 到接 收 电路 。整 个 系统 的 实现 了高精度 、 高性 能 、低 成本 、低 功耗 。 关键 词 ：单 片机 ；无 线 ；接 收 ；磁耦 舍 通 过调 节 电阻Ｒ 可改 变其振 荡频 率 ，其实 质是将 直 流形式 的
Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控制 模块 、１ ２ ８ ６ ４ 液晶显示 模块 等五 部
分 构成 １ 。 系统 总体 框 图如 图 １ 所示 ：
无线电能传输系统报告.doc
摘要随着电子产品的快速发展，越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活，为改善传统导线电路电能传输的弊端，给出了一种基于近距离无线电能传输原理的传输系统，而电磁谐振耦合无线电能传输技术正可以很好解决对距离有较高要求的这类问题。
本设计主要包括发射模块、传输模块和接收模块三大部分。
首先由有源晶振产生1MHZ的方波，通过驱动IR2110及MOS管提高了交流信号，加强后的信号源经发送线圈通过磁耦合谐振感应到接收线圈，再经过半波整流和滤波后得到稳定直流电压,带动负载工作，即实现了无线电能的传输。
在本实验中，我们采用单片机STC89C52控制液晶屏LC1602来显示负载短的的实时电压和电流值。
关键字：无线电能有源晶振驱动电路谐振半波整流AbstractIn this paper, With the rapid development of electronic products, more and more power cables on people's lives, to improve the disadvantages of traditional power transmission conductor circuit, presents a transmission system based on can close radio transmission principle, and the electromagnetic resonance coupling can radio transmission technology is very good to solve this kind of problem have higher request for the distance.This design mainly includes the transmitting module, transmission module and receiving module three parts. First 1 MHZ square wave generated by the active crystals, driven by IR2110 and MOS tube improve the signal communication, strengthen the signal source approved by the sending coil magnetic coupling resonant induction to the receiving coil, and after a half-wave rectifier and filter get steady dc voltage, drive the work load, which can realize the radio transmission. In this experiment, we adopt LC1602 STC89C52 MCU LCD screen to display the real-time voltage and current value of load short.Key words: radio can active vibration crystal driver circuit resonance half-wave rectifier目录一方案分析与论证 (4)1.1 系统分析 (4)1.2方案的论证 (4)(1)信号源发生电路 (5)方案一 NE555振荡电路，电路复杂，产生的频率较小。
无线电能传输实验报告
无线电能传输实验报告一、实验目的通过实验探究无线电能传输的原理和应用，并实现无线电能传输。
二、实验原理1.共振传输共振传输是指通过调节发射器和接收器之间的频率使其共振。
当频率匹配时，能量传输效率较高。
共振传输主要应用于近距离的电能传输。
2.辐射传输辐射传输是指利用电磁波的辐射传输能量。
利用传统的天线和接收器可以实现远距离的能量传输。
三、实验器材1.无线电能传输装置：包括发射器和接收器。
2.电池：用于给发射器和接收器供电。
3.示波器：用于观察无线电波信号的频率和幅度。
四、实验步骤1.连接电池和无线电能传输装置，确保发射器和接收器都能正常工作。
2.调节发射器的频率和幅度，使其与接收器匹配。
3.使用示波器观察无线电波信号的频率和幅度，调节发射器和接收器以使其达到最佳传输效果。
4.测试无线电能传输装置的传输距离，记录实验结果。
5.重复以上步骤，对比不同频率和幅度的影响。
五、实验结果与分析根据实验结果可以发现，当发射器和接收器的频率匹配时，能量传输效率较高。
在一定范围内，调节幅度可以影响传输的距离和传输效果。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了无线电能传输的原理和应用。
无线电能传输作为一种新型的能量传输方式，具有应用前景广阔。
然而，目前仍面临着距离短、传输效率低等问题，需要进一步研究和改进。
七、改进建议1.进一步优化发射器和接收器的结构设计，以提高传输效率和距离。
2.研究新型的天线设计，减少能量传输过程中的能量损耗。
3.考虑无线电能传输的安全性和环境影响，采取相应的措施进行保护和监测。
以上是本次无线电能传输实验的实验报告。
无线电能传输装置的设计
无 线 电能 传输 装置 的设 计
郭鲁 沈 阳工学 院
摘要： 文中介 绍了 一 种肱 耦合 谐振 式 无线电能传输 装 置。 该装 置 包 括了 发射 部 分和接 收部 分， 发射 装置 包括 电源 电 路、 震 荡电
路、 驱动电路 和发射 线圈； 接 收部 分 包括了 接 收 线圈、 整流电路、 稳压电路 。
线程 ， 在 此 线 程 中 使 用ｈａ ｎ ｄｌ ｅ ｒ 来调 用流量 获取 模块 的代 码 ， 达至 Ⅱ 自 动 刷 新 应 用 软 件 流 量 的 目的 ， 其 实现 代码如下 ：
ｚ ｅ ｔ ＡＰ Ｐ ｗｌ ｌ ｌ ｇ ｅ ｔ ｗｌ ｌ ｌ －ｎ ｅ ｗ ｇ ｅ ｔ ＡＰ Ｐ ｗｌ 出， 正
常 使 用 时 ，对
于 超 出 设 定 提 醒 值 ５Ｋ Ｂ 开昭然溺
停眭 缝鬻
时 ，本 流 量 监 测 工 具 正 常 嬲 透 攫醚 滗闻 ： ５ 工作 ， 能 弹 出 正经馕 褥网 络翡 疆淳 ：
至 ８ Ｏ Ｏ ０ Ｋ Ｂ ｔ ｓ
框 及 时 地 提 喾 醒 用 户。
４总结
随 着 网
． 瓣 ３ Ｋ Ｂ 羚 Ｉ Ｓ ： ２ ６ ≯ ８ ， 。
对 流 量 数 据 进 行 自动 刷 新 ， 可 以 采 用 ｈａ ｎｄｌ ｅ ｒ（ 句 柄 ）和
ｒ ｕｎ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ（ 线 程 ）相 结 合 的 方 式 来 实 现 ，即 使 用 ｒ ｕ ｎｎ ａ ｌ ｂ ｅ 开 辟 新 的
关键 字 ： 无线电能传输 装置 磁 耦合 谐振 电路 线圈
在无 线电能传 输 过程 中， 一 般 通 过 修 改 发 射 部 分 和 接 收 部 分 之 间的距 离， 来调 整电能 传输 的最 隹状 态。
一种无线电能传输装置的设计
［ 摘
要］ 设 计 了一种 基 于脉 冲驱动 的磁耦 合谐 振 式 无线 电能 传 输 系统 ， 采 用有 源 晶振 产 生
ｌ ＭＨ ｚ方波信 号 。 经过驱 动 Ｉ Ｒ ２ ｌ ｌ ０ ， 由 ＭＯ Ｓ管 组成 的上 下桥 式推 挽 功 率放 大 电路 以及 由 Ｉ ｃ 形成 的无 线发射 、 无 线接 收 电路 ， 使 用发射 线 圈发射 电能 ， 通过 电磁 耦 合谐 振 方 式把 无 线 电能 传送 给接 收 电路 ， 接 收到 的 交流信 号经过 整 流滤 波 电路 给 负载 １ ｗ 的两只 Ｌ Ｅ Ｄ灯 供 电 ， 实现 了一 定距 离范围 内对无 线 电能的传 输 ， 达 到 了实际应 用的 目的。 最后 ， 就 如何提 高该无 线 电能 传输 装 置的效 率提 出了一 些 改进 措 施 ， 为后 续工作 奠定 了基础 。
下， 尽 可能延 长发 射线 圈与 接收 线圈 间 的距 离 。
ห้องสมุดไป่ตู้
１ 设 计 方 案 与 系统 结 构
１ ． １ 磁耦 合谐 振式 无线 电能传 输原 理
基于 脉 冲驱动 的磁耦 合谐 振式无 线 电能 传输 系 统 主要 由发 射端 与 接 收 端 Ｌ ｃ谐 振 线 同路 、 高频
冲信号驱动下 ， 由Ｌ 和ｃ 构成的发射端谐振线圈回路 不 断 向周 围空 间发 射 电 磁 波 ， 在 近场 区 形 成 非 辐 射 交
变 磁场 ， 经 过强 磁 耦 合谐 振 ， 被由Ｌ ， 和ｃ ， 构 成 的接 收
端 谐振 线 圈 回路 进 行 电 能 的 接 收 ， 从 而 实 现 电能 的无
果对传输距离没有严格的要求 （ 不能跟无线通信相比） ， 电
能 可用一 些装 置实 现无线 传输 ， 效 率也 能达 到满 意 程度 ， 并 能进 行商 业化 推广 ， 那么， 当今 社会 随处 可见 的移 动 电子 设 备将 有 可能 面 临一 次 新 的 变革 ¨ 。无 线 电能 传 输是 借 助 于 电磁场 或 电磁波 进 行 能 量传 递 的一 种 技术 ， 其 系统 结 构
无线电能传输装置
无线电能传输装置摘要无线电能传输是目前被广泛研究的一项具有重大意义的课题，本次设计利用LC磁耦合谐振电路进行无线电能传输，因磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术，与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高，条件要求低等明显优势。
本设计在互感原理和耦合理论的基础上，进行了大量的实验，研究了如何提高谐振无线传输的效率。
通过实验，验证了距离，线径，线圈绕法等对传输效率的影响。
本次设计的发射端，利用了TI公司提供的mps430产生PWM信号经过非门转换成两路互补的pwm信号经过光耦驱动全桥，将直流电压逆变为交流，进行LC谐振，将电能转化为磁能辐射出去；接收端利用LC谐振接收发射端发出的磁能，在利用整流技术将接收到的交流电转化为直流电，供负载使用，并具有较高的传输效率。
关键词：无线电能传输；LC磁耦合谐振；传输效率高；驱动全桥；整流技术。
1 任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
图1 电能无线传输装置结构框图要求（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（45分）（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
（45分）（3）其他自主发挥（10分）2系统总体方案设计2.1方案一采取磁耦合感应式电能传输磁耦合感应式电能传输无线电能传输机理类似于可分离变压器，气隙部分代替了铁芯，导致了磁力线没有定向的通道和负载侧的线圈相铰链。
因此只有在较短的距离下，才能实现较高频率和较大功率的传输。
当距离增加后，传输效率急剧下降。
该无线电能传输方式一般只有在小于传输线圈直径的传输距离下，才能达到较高的效率和较大的功率。
2.2 方案二采用磁耦合谐振式无线电能传输利用谐振原理，使得其在中等距离(传输距离一般为传输线圈直径的几倍）传输时，仍能得到较高的效率和较大的功率，并且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响【6]。
电磁谐振耦合无线电能传输实验装置
电磁谐振耦合实验数据报告
• 当发射器和接收器距离较近时，传输效率较高。这是由于在近距离下，电磁波的耦合效应较强。 • 随着发射器和接收器之间距离的增加，传输效率逐渐降低。这是由于电磁波在传播过程中逐渐减弱，导致
能量损失增大。 • 当发射器和接收器之间的角度发生变化时，传输效率也会受到影响。角度的变化会导致电磁波的极化状态
该实验装置采用了可靠的硬件 和软件设计，具有较高的稳定 性和可靠性，能够保证长时间
的正常运行。
通用性强
该实验装置可以适用于不同的 应用场景，如电动汽车充电、 家用电器充电等，具有较广泛
的通用性。
实验装置的应用场景
电动汽车充电
利用电磁谐振耦合无线电能传输实验装置为电动汽车进行无线充 电，避免了传统有线充电方式的繁琐和安全隐患。
发生变化，从而影响传输效率。 • 结论：电磁谐振耦合实验结果表明，通过调整发射器和接收器的参数以及优化系统配置，可以实现高效、
稳定的无线电能传输。同时，实验也揭示了电磁波在空气中的传播规律以及能量转换机制，为进一步研究 无线电能传输技术提供了有力支持。
无线电能传输实验数据报告
实验目的
通过对无线电能传输系统的实验，探究不同传输模式下的传输效率、影响因素以及优化方法，为无线电能传输 技术的实际应用提供参考。
家用电器充电
将该实验装置应用于家用电器中，实现无线充电，提高了充电的 便利性和使用体验。
其他应用
该实验装置还可以应用于工业生产、医疗设备等领域，为各种不 同设备提供无线充电服务。
02
实验装置的设计
电磁谐振耦合部分设计
01
02
03
电磁谐振耦合器
设计用于产生强烈谐振的 电磁场，以便与接收设备 进行高效能量传输。
无线电能传输装置的设计
功 率的 利用 率为 １００％，输出 直流 电压中的 纹波 较低 。选 择输 出整 ［３】曾光宇 ．光 电检测技 术 ．北京：清 华大学 出版社 ，２００９年 ；
流 二 极管 时 不仅 要考虑 耐压 值 要 合适 ，还 要 满 足开 关 特性 好、反 【４】张记龙 ．光电信息技 术与应用 ．北京：国防工业出版社 ，２００８年；
技 术 交流
无线 电能 传 输 装 置 的 设计
吕婧楠 贾婷 许芸梦 沈 阳工学院信息与控制学院 摘要 ：本 文论 述 了无 线电能传输 装置的设计，采 用磁耦 合谐振 式 无线能量传输 方式，由发射和 接 收两部分构成 。发射部 分的驱动 电路 包 括振 荡电路 和发射 线圈，通 过磁 环 电感、场效 应管将 电能发送 出去 。接 收部 分包括接 收 线圈和 滤波 整流电路 ，线圈将能量转换 为交流信号， 通 过 滤 波 整 流 转 换 为 可 以供 负载 利 用的 直 流 电 ，以 实现 能量 的 无 线传 输 。 关键 词 ：磁 耦 合；无线传输 ；滤波 整流
弦 波 ，系统 产 生 共振 ，向负 载传 输 能 量 。经全 桥 整 流 后 滤波 后输 参 考 文献
出直流 电源和 限流 推动 发 光二极 管显示 。
［１１】杨素行 ．模拟电子技术 ．北京：高等教育出版社，２００６年；
在接 收 电路 中，选 用 了全 波 整 流 电路 ，全波 整 流 变 压器 输 出 ［２】樊昌信 ．通信原理 ．北京 ：国防工业 出版社 ，２００６年 ；
（３）指示 灯能表 明信号的 有无 ； （４）能实现 中继转发 ，通 信方 向改变 ９０度 ，可继 续传 输 信号，
频 率达 到一 致 ，为 ｆｒ。由 于是 高 频 传 输 （１～ ２０Ｍ ），其 中心 频 率 且 无 明显失 真。
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无线电能传输装置设计报告摘要磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节能环保而受到广泛关注。
现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。
该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。
该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。
当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。
该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。
关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率一、设计任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
二、方案论证驱动发射线圈电路方案一：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。
无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。
XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。
其主要特点为：1.自动适应供电电压调节功能使之能够在较宽的电压下均能工作2.自动频率锁定3. 自动负检测负载4. 自动功率控制5.高速能量输电传送6.高效电磁能量转换7.智能检测系统，免调试方案二：采用MOS管无稳态多谐振荡器，由两路MOS管，高频扼流圈和二极管组成对称的振荡器电路，原理图如下所示：该方案电路简单明了，元器件少，并且操作起来简单。
综上所述，我们选择方案二。
磁耦合谐振传输和接收电路方案一：电磁感应式传输方式电能传输电路的基本特征是原边与副边电路分离，通过磁场耦合感应联系。
该电路的优点包括存在较大气隙，使得原副边无电接触，可实现无线传输，较大的气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高。
缺点包括传输距离短，实际上多在mm级。
电磁感应方式传输控制不好，在其范围内的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设备。
方案二：谐振耦合方式该方案是由麻省理工学院物理系，电子工程，计算机科学系，以及军事纳米技术研究所得研究人员提出的。
系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物题间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。
该方式的优点包括。
利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。
中等距离传输，传输效率高。
能量传输不受空间障碍物的影响。
传输效果与频率及天线尺寸密切。
缺点包括谐振耦合方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹之间，而这一段频率又是产生谐振最困难的波段。
其原理图如下所示：图2-2 谐振耦合式电能传输原理图方案三：无线电波式（辐射式）该方案类似于早期使用的矿石收音机，主要由微波发射装置和微波接收装置组成，接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载做出调整的同时保持稳定的直流电压。
但其缺点有微波无线能量传输技术目前尚处于研发阶段，其技术优点是成本较低，技术瓶颈是效率太低，而且容易发热，损坏设备。
综合本题目的各项要求，要求功率传输效率较高，同时距离要尽可能较大，我们选择方案二，谐振耦合方式进行信号和能量的传输。
整流滤波电路模块方案一：半波整流电路半波整流是指利用二极管的单向导电性进行整流，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。
其电路图如下所示半波整流电路虽然达到了整流的目的，但是负载电压及负载电流的大小随时间变化，并且半波整流是以牺牲一般交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低。
方案二：桥式整流电路桥式整流是对二极管半波整流的一种改进，桥式整流利用四个二极管两两对接，输入正弦波的正版部分得出正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高了一倍。
所以我们采用的是桥式整流。
其电路图如下所示.整流滤波电路模块方案一：半波整流电路半波整流是指利用二极管的单向导电性进行整流，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。
其电路图如下所示图2-3 半波整流电路图半波整流电路虽然达到了整流的目的，但是负载电压及负载电流的大小随时间变化，并且半波整流是以牺牲一般交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低。
方案二：桥式整流电路桥式整流是对二极管半波整流的一种改进，桥式整流利用四个二极管两两对接，输入正弦波的正版部分得出正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高了一倍。
所以我们采用的是桥式整流。
其电路图如下所示图2-4：桥式整流电路图综合题目分析，我们选择桥式整流电路，来提高效率的目的。
整流稳压模块由于在接受过程中，会受到周围环境的影响，所以如果直接利用单片机的AD 采集模块进行数据采集，由于单片机采集数据速度较快，会使得显示的数据不稳定，有很很大的漂移。
所以我们在接收端添加了整流稳压电路，本次比赛我们采用线性可调稳压器LM317进行稳压，使得输出电压得以稳定，便于显示。
显示控制模块方案一：选用AT89C51控制12864显示输出电压和电流，该方案的有利之处该单片机的使用相对成熟，网上有丰富的关于该单片机的资源，并且IO口操作简单，价格便宜等。
但是如果这样控制模块就会显得很庞大，并且IO口不多，功耗大。
方案二：选用TI公司的开发板msp430，该控制板执行速度和效率相对较高，并且功耗低，处理能力强，系统工作稳定，但是控制起来相对复杂。
在本次比赛中，我们选用方案二。
三．理论分析与计算：系统整体模块本系统整体采用磁耦合谐振式无线电能传输，主要方案选取了两个MOS管轮流导通，LC并联谐振，将直流电能转化成高频电磁波发射出去，接受端与发射端谐振匹配，最大限度接受高频电磁波，在经过后期的整流稳压处理，通过单片机的控制可以在12864液晶上显示出来。
图3-1系统整体方案图发射端谐振驱动电路原理分析：图中左半部分电位器R1实际是一个拨码开关，当开关合上时两个MOS管都被上拉电阻驱动，但此时的工作状态是暂稳态，并且在接通电源的瞬间，两个MOS并不是同时导通的，总会有一个接通的更快，另一个MOS管关闭。
当导通的MOS管的栅极电压通过二极管驱动到零之后另一个MOS管被切断，谐振回路的电压会上升，当电压上升到某点后促使导通二极管的g极电压突变为0，然后MOS管由导通变为截止，同时另一路MOS管开始工作。
如此反复就形成交变电压。
此时高频厄流电感充当电流源，一旦通过它的电压变成了交流，从而使电路中产生狡辩磁场。
此时，电路的电流将被限制到一个恒定值。
右半部分由电容和发射线圈组成LC谐振电路，所谓磁耦合谐振式无限能量传输就是利用两个具有相同谐振频率的线圈在相距一定的距离时，由于磁场耦合产生谐振，进行能量传输。
耦合的效率决定了的代数和，并且与施感电流呈线性关系，是各施感电流独立产生的磁通链叠加的结果。
设发射线圈和接收线圈的电压和电流分别为u1，i1和u2，i2，且都取关联参考方向，互感为M，则两耦合电感的电压电流关系为：耦合因数用k表示，有的大小与两个线圈的结构和相互位置以及周围磁介质有关。
改变或调整他们的相互位置有可能改变耦合因数的大小。
接收端谐振电路电路如下图所示：图3-3 接收端谐振回路由上述分析可知发射与接收电路的谐振频率是关键，其次就是发射与接收线圈的品质因数，品质因数越高，能量的损耗越小。
需要注意的是要考虑趋肤效应，趋肤效应本质上是衰减电磁波向导体内传播引起的效应，当线圈固有频率较高时，粗导线线圈会受到趋肤效应的影响而使导线的利用率降低，因此必须考虑趋肤效应对传输距离的影响。
主要元器件参数计算根据题目要求输入电压为15V，电流为1A左右，所以输入功率会大于15W，在综合考虑MOS管的工作电压和电流，此处我们采用的是IRF640，根据电路参整流二极管选用1N4148即可满足，其他类似的高速二极管也可满足。
高频厄流电感采用的是47uH,此处可根据电路做适当调整。
发射线圈选用高品质因数的铜线绕成的，这部分电路我们是采用改变电容值来改变谐振频率从而达到发射功率最大。
同样，接收端也是通过改变电容值来调整谐振频率，从而与前级达到匹配。
线圈的电感值大小可通过下面公式来计算：为取得最大的接收功率，接收端选用同样参数的线圈和电容。
在整个的实验过程中，发射端与接收端的电感与电容值的选取是最重要的，它们共同决定了传输电磁波的频率，要想达到能量（功率）传输，我们应该选取电磁波频率较低的部分进行传输，但是要想令电磁波传输一定的距离，则需要电磁波的频率达到较高的部分进行传输，所以此次试验就需要我们自己根据题目要求来选取合适的电磁波频率即可。
图3-4 稳压模块原理图1，2脚之间为电压基准。
为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。
改变R2阻值即可调整稳压电压值。
D1，D2用于保护LM317。
计算公式为：Uo=(1+R2/R1)*四.测试结果与误差分析：硬件测试经过上述的理论分析与计算，按照设计出的原理图进行硬件焊接，并对电路进行一系列的调试。
上电测试，利用直流稳压电源输出15V，加到发送端上，刚上电时，由于我们没有意识到，要想让自激式振荡电路起振，必须让电源同时瞬时加到电路中，才能让电路正常工作，害怕电路一瞬间加太大的的电压会引起瞬间大电流脉冲，烧坏MOS管，加电时直接接上电源较低电压，再慢慢往上升，可是，MOS管总会出现一个管子很热，另一个不工作的状态。
后来经过测试，总结，我们决定在MOS管前加一个拨码开关，来控制这个自激振荡电路可以起振，正常工作。
在经过这个改正后我们将输出接在示波器上观察振荡波形。
并通过LC谐振网络估计其振荡频率与实际输出波形的振荡频率相比较，发现两者基本相近。
但是要想达到题目所给的要求，必须满足传输效率要较高，所以要达到发射与接受的匹配，在本次比赛中，我们为了要达到匹配，我们令发射部分与接受部分采用相同材质的漆包线绕制的20cm直径的发射接受线圈，为了达到题目对接受端电压，电流，功率的要求，我们经过多次绕制，按照一定的顺序，改善这电感值和品质因数，用1mm漆包线绕制10圈，用1mm漆包线绕制5圈，用1mm漆包线两匝并饶绕制2圈等多种线圈。