一种低功耗设备的无线感应供电技术
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第6期增刊
一种低功耗设备的无线感应供电技术
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合电感系数很小,发射电流的调制频率越低线圈上的 热损耗越大,反之调制频率越高热损耗越小。因此感 应供电技术的关键技术之一就是如何提高发射端的调 制频率。虽然谐振软开关技术具有效率高、功率因数 高等优点,但其成本高、电路复杂,因此在低功率应用 背景下多选用PWM硬开关逆变技术。根据应用场合 的不同,采用的调制频率范围一般在10kHz~500kHz 之间。
式整流或电容滤波电路,就可以为负载提供直流供电
1引
言
输出。本系统的一个发射端可以驱动多个接收端,工 作时相对位置关系允许动态变化,只要保持在一定距
近年来,各种低功耗设备器材,如:手机、医疗仪 离范围内,就可以实现稳定的能量传输。
器、检测仪表等越来越多,采用有线连接供电或对电池 充电时存在接插危险、阻碍运动等缺点。随着无线射 频标签(RFID)、电动汽车大功率无线感应供电技术的 出现,使无线感应供电技术应用于低功耗设备成为可 能n。2]。市场上已出现无线感应供电技术的机器鱼、鼠 标和手机充电装置,取得了良好的应用效果。
[1]刘志宇.感应充电技术的发展与应用[J].电力电子技 术,2004,38(3):92—94.
[2]夏增林,陈启军.简易无线供电系统设计[J].微计算机 信息,2005,21(25).
Wireless inductive power supply method for low power equipments
Zhang Daibing Han Dapeng (College of Mechatronics Engineering and Automation,National University of Defense Technology,Changstm 410073,China)
5结
论
本文介绍了一种适用于移动低功耗设备的新型供 电技术,它具有无线连接、安全、可动态持续供电等优 点,具有较好的市场应用前景。
参考文献
图2实验装置发射、接收线圈 从分析测量数据可以看出:(1)接收线圈感应电动 势随高度的增加而减小。(2)接收线圈感应电动势在 以线圈为底的圆柱面内侧最大,在圆柱面上较小,外侧
无线感应供电系统的另一关键技术是发射、接收 线圈的形状、安装位置和参数的设计。发射线圈一般 安装在固定的基座或台面内,因此可以设计为矩形、圆 形多匝铜质线圈,覆盖轻质非磁性橡胶或塑料薄层材 料。接收线圈由于安装在设备内部,其形状主要根据 设备内部空间确定,但应注意尽量保证接收线圈在运 动过程中能够最大程度地与发射线圈磁路耦合。
4 实验结果
根据无线感应供电原理设计并制作完成的原理实 验装置中两个线圈如图2所示,其中发射线圈直径 R:一160mm,匝数N:一6,铜丝直径d,一0.5mm,接收 线圈直径R:一25mm,匝数N。一30,铜丝直径d2— 0.25mm。试验时高频调制电路输入电源电压5V,调制 频率为400kHz,未连接发射线圈时电路的空载输出曲 线、发射线圈端电压变化曲线、接收线圈端电压变化曲 线如图3所示。将发射线圈平面固定在实验台面上, 保持接收线圈平面与台面平行,改变接收线圈的高度 和中心距离,测量感应电动势的变化曲线如图4所示。
图3电路、线圈电压波形变化曲线
4·5 4
3·5
之3
慧:.s
脚
藿2
1·5
1
O5
O
2
4
6
8
10
极半径/cm
图4接收线圈电压随相对位置变化曲线
随距离增大而急剧减小,因此线圈外侧不能作为稳定 可靠的感应供电空间。(3)接收线圈在高度、水平距离 都小于线圈半径的圆柱形空间内可以均匀、稳定地产 生感应电动势和感应电流,此空间是我们需要的工作 空间。
第27卷第6期增刊 2006年6月
仪器仪表学报
Chinese Journal of Scientific Instrument
V01.27 No.6 Jun.2006
一种低功耗设备的无线感应供电技术
张代兵韩大鹏 (国防科技大学机电工程与自动化学院 长沙410073)
摘 要 介绍了一种无缆线联接、依靠电磁场耦合感应的新型供电技术。并对其工作原理和关键技术进行了分析、设计并制 作了简易原理装置。实验数据表明,该无线感应供电方式在一定距离范围内具有良好的能量传输特性,并适用于低功 耗设备。 关键词低功耗无线感应供电
Abstract A new wireless power supply method which depends on electromagnetism induction is presented.Its work principle and key technologies are analyzed in brief.Experiment data based on simple system indicates that it has a good performance in small distance,and it is suitable for some low power equipments. Key words low power wireless inductive power supply
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高频调制
接收
啦擎啦难 线圈
接收 线圈
2无线感应供电原理
无线感应供电系统主要由发射端和接收端两部分 组成,系统构成如图1所示。系统工作时,首先将发射 端电源提供的交/直流电通过谐振变换器或高频调制 模块转换为高频交流信号,然后驱动发射线圈,使发射 线圈在周围一定距离的空间范围内产生磁场强度很小 但高频变化的电磁场。接收线圈位于这个电磁场中, 发射线圈磁通量的高频变化在接受线圈中产生一定幅 值的高频感应电动势。通过加在接收线圈两端上的桥
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图1无线感应供电系统构成
3关键技术分析
由于发射线圈与接收线圈之间的气隙远大于普通 电磁铁,且两者之间的磁耦合关系属于松耦合,因此也 称为松耦合感应电能传输技术。通常用于磁性元件分 析的变压器模型不再适用,必须采用耦合电感模型分 析该系统中的电磁关系,同时考虑漏感和磁化电感对 系统工作的影响。
这种松耦合特性导致发射、接收两线圈之间的耦