无线电能传输装置
无线电能传输装置
目录1系统方案 (2)1.1系统总体思路 (2)1.2系统方案论证与选择 (2)1.2.1 电源模块论证与选择 (2)1.2.2驱动模块论证与选择 (2)1.2.3线圈的论证与选择 (2)1.2.4整流电路的论证与选择 (2)1.3系统总体方案设计 (3)2理论分析与计算 (3)2.1 TL494应用原理 (3)2.2 IR2110原理 (3)2.3 无线传输原理 (4)2.4 计算公式 (4)3电路设计 (4)3.1电源模块（图3） (4)图3 电源模块 (5)3.2驱动模块（图4） (5)3.3传输模块（图5） (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方法与仪器 (6)4.2测试数据与结果 (6)4.3数据分析与结论 (7)参考文献 (8)无线电能传输装置（F题）1系统方案1.1系统总体思路由题我们设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，且用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过驱动电路产生交变电流，对发射线圈进行供电，线圈利用磁耦合谐振式原理，将电能无线传输到接收线圈端，最终在接收线圈端产生电流，达到无线电能的传输的要求。
经过几天的测试，制作出了传输效率达38.3%，x的值最大为26 cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置。
1.2系统方案论证与选择1.2.1 电源模块论证与选择方案一：利用双电源，直接对电路进行供电。
方案二：利用单电源，再接入PWM控制器芯片TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，能够有效地将直流电转换为高频脉冲。
TL494芯片的功耗低，构成的电路结构简单，调整方便，输出电压脉动小；且IR2110 的电路无需扩展，使电路更加紧凑，工作可靠性高，附加硬件成本也不高，为获取死区时间，可由基本振荡电路、与门电路构成，为方便我们选用TL494，选择方案二。
1.2.2驱动模块论证与选择方案一：利用三极管对无线电能传输装置进行驱动，可以比较经济地进行驱动。
电能无线传输
基于电磁耦合阵列定位的无线电能传输装置朱俊杰李智李旻竞夏吉张田力中南林业科技大学计算机与信息工程学院, 湖南长沙410004摘要：提出了一种基于电磁耦合阵列定位的无线电能传输技术，并在此基础上完成了对该装置的开发与研制。
装置由环形电磁耦合阵列、能量发送器、能量接收器、微控制器等四部分构成。
该装置由能量发送器产生一路高频振荡电流，经过耦合传至接收器，经过滤波给用电设备供电。
通过微处理器完成对环形电磁耦合阵列线圈与接收线圈耦合度的检测，只对耦合度最高的线圈供电，使得用电设备不管处于何种方向，总有一个发送线圈与用电设备的接收线圈接近于全耦合。
这样，避免了电能浪费，减少了电磁辐射，实现了用电设备可以在一定范围任意移动，保证了电能传输的高效率。
关键字：无线电能传输电磁耦合阵列传输效率电磁耦合传输距离Radio Transmission Equipment Based on Positioning of theElectromagnetic Coupling ArrayZhu Jun-jie Li Zhi Li Min-jing Xia Ji Zhang Tian-li Computer and Information Engineering College, Central South University of Forestry andTechnology, Hunan Changsha 410004Abstract: A kind of radio transmission technology based on positioning of the electromagnetic coupling array is presented in this paper. The research and development of the equipment was completed on this basis. It consists of annular array of electromagnetic coupling, energy transmitter, power receiver, and MCU. A high-frequency oscillating current produced by the energy transmitter, which is transmitted to the receiver after coupling and then power to electrical equipment through filter. Through the coupling detection of electromagnetic coupling array coil and receiver coil by MCU, it can only power to the coil with highest coupling, so that it always has a sending coil and receiving coils of electrical equipment, no matter what direction it is in, close to full coupling. In this way, it can avoid wasting energy, reduce the electromagnetic radiation, and, particularly, realize that the electrical equipment can be moved in a range of arbitrary, which could ensure the high efficiency of power transmission.Keywords: radio energy transmission electromagnetic coupling array efficiency of power transmission electromagnetic coupling transmission distance0引言随着用电设备的增加，电线和插座也随之大量制造和使用，这样势必消耗大量物质和能源，也容易造成室内环境杂乱，不利于构建资源节约型和环境友好型社会。
无线插座工作原理
无线插座工作原理
无线插座是一种使用无线技术将电能传输到设备中的装置。
其工作原理是通过电磁感应实现能量的传输。
无线插座由两个主要组件组成：发射端和接收端。
发射端包含一个电源和一个发射线圈，用来产生高频电磁场。
接收端包含一个接收线圈和设备充电接口，用来接收和转换电磁场能量为电能。
当发射端插座接通电源后，电流通过发射线圈产生一个高频交流电磁场。
这个电磁场可以穿透空气并传输能量。
当接收端插座靠近发射端时，接收线圈会感应到电磁场并通过电感耦合将能量接收到接收端。
接收线圈接收到电磁场后，将其转换为低压直流电能，并通过充电接口传输给设备进行充电。
在传输过程中，一部分能量会在电磁场传输过程中损失，因此无线充电通常效率不如有线插座高。
无线插座的工作原理类似于电磁感应原理，其中发射端产生的电磁场相当于传统插座中的电流，而接收端接收到的电磁场能量相当于传统插座中的电压。
这种无线传输方式可以更加便利地为设备充电，避免了插拔电线的繁琐。
无线电能传输装置
无线电能传输装置(F题)-(共19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--成都工业学院毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置设计时间：—系部：电气与电子工程系专业：供用电技术班级： 1202161姓名：刘佳福指导教师：目录1系统方案..................................................................................................................................................... I V 系统总体思路....................................................................................................................................... I V 系统方案论证与选择........................................................................................................................... I V 信号发生方案选择...................................................................................................................... I V驱动电路方案选择...................................................................................................................... I V整流电路方案选择 (V)总体方案设计 (V)2理论分析与计算......................................................................................................................................... V I 发射模块分析与计算........................................................................................................................... V I 信号发生电路原理分析与计算................................................................................................. V I驱动电路原理分析与计算......................................................................................................... V I 接收模块分析与计算.......................................................................................................................... V II 参数选择.............................................................................................................................................. V II 3电路设计.................................................................................................................................................... V II 信号发生电路...................................................................................................................................... V II 驱动电路 (X)功率MOSFET的使用 (X)IR2110芯片的使用 (XI)接收电路 (XIII)4测试方案与测试结果............................................................................................................................... X IV 测试方法与仪器................................................................................................................................. X IV 测试数据与结果................................................................................................................................. X IV 5实物制作图片............................................................................................................................................ X V 致谢.......................................................................................................................................................... X VIII 参考文献 (XIX)任务书1.任务根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，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。
磁耦合式无线电能传输装置的频率特性研究
此无线电能传 输系统的关键技术是控制收发线圈的谐振频率一致 ， 使系统维持在谐振 状态 。达到系统传输效率最大 。 在理论上谐振耦 合 电能传输 中互感和传输距离三次方成反 比， 当系统确定以后系统
（ 上接 ２ ２ ５页 ） 现状 对 耕 地 需 求 之 间 矛盾 深 化 的结 果 ， 是 协 调 现 实 『 ｌ ｌ ｍ光进， 刘纪远， 张增祥等． 基 于遥 感 与 Ｇ Ｉ Ｓ的 中 国农 村 居 民 点规 土地利用状态 与增加 耕地 目标之间关 系而采 取的一种必要 的措施 模 分 布 特征 【 Ｊ １ ． 遥 感 学报 ， ２ ０ ０ ２ ， ６ （ ４ ） ： ３ ０ ７ — ３ １ ３ ． 或手段［ ９ １ 。为维持耕地总量动态平衡并且实现土地整理 的经济效益 【 ２ ］ 姜广辉， 张凤荣， 陈军伟等． 基于Ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ回归模 型的北京山 区农村 以及社会效 益 、 生态效益 ， 在 农 村 居 民 点 土 地 整 理 潜 力 与 土 地 模 居 民点 变化的驱动 力分析『 Ｊ ］ ＿ 农 业工程 学报， ２ ０ ０ ７ ， ２ ３ （ ５ ） ： ８ １ — ８ ７ ． 式的研究 基础上 ， 针对耕地严重流失 的现状 ， 需要政策配套措施 ， 因 ［ ３ 】 张正峰， 赵伟． 农村居 民点整理 潜力 内涵与评 价指标体 系［ Ｊ １ ． 经 济 此 政 策 层 面 的 研究 就显 得 必 不 可 少 。 地理， ２ ０ ０ ７ ， ２ ７ （ １ ） ： １ ３ ７ — １ ４ ０ ． 目前 ， 针对 昌吉 州农 村居民点土地整理现 状 ， 可以通过在各 县 【 ４ 】 何英彬， 陈佑启， 杨鹏 等． 农村居 民点土地 整理及其 对耕 地的影 响 市建立农村居民点土地整理 与社会综合发展决策机制 、 建立健全农 ［ Ｊ ］ ． 农 业 工 程 学报 ， ２ ０ ０ ９ ， ２ ５ （ ７ ） ： ３ １ ２ — ３ １ ６ ． 村 土地 产 权 制 度 及 相 关 的 法 律 法 规 、 建立多元投资渠道 、 调 整 土 地 ｆ ５ ］ ５ ４ 筱 非， 杨庆媛， 廖和 平等． 西南丘陵 山区农村居 民点整理潜 力测 收 益分 配 、 加强立法宣传转变农 民思想意识 ， 以 此 来 达 到 更 好 的 效 算 方 法探 讨 — — 以重 庆 市 渝北 区 为例 ［ Ｊ 】 ． 西 南农 业 大 学 学报 （ 社 会 科 果。 学版） ， ２ ０ ０ ４ ， ２ （ ４ ） ： １ １ － １ ４ ． 昌吉州农村居 民点土地整 理增加耕地数 量研究离不 开相关政 ［ ６ ］ 张正峰 ， 陈百明． 土地整理 潜 力分析【 Ｊ 】 ＿ 自然 资 源 学 报 ， ２ ０ ０ ２ ， １ ７ （ ６ ） ： ６４ －６６ ９． 策 的 支持 ， 目前 国 内农 村 居 民 ｜ 土 地 整 理 政 策 研 究 中为 增 加 耕 地 数 ６ 量开辟资金渠道 与政府 、 农 民行为研究还不深入 ， 在城 乡体系功能 ［ ７ 】 姜广辉， 张凤 荣， 周丁扬等． 北京 市农 村居 民点 用地 内部 结构特征 体化的背景下 ， 农 村居 民点 土地整理理论 与具体指导实践还需要 的区位分析［ Ｊ ］ ． 资源科 学， ２ ０ ０ ７ ， ２ ９ （ ２ ） ： １ ０ ９ 一 ｌ １ ６ ． 进一步紧密结合。 Ｉ ８ 】 陶运平， 殷 海善 ． 朔 州 市 农村 居 民 点 用地 现 状 潜 力 与 整理 途 径研 究 ４ 结论 与建 议 ｆ Ｊ １ ． 山 西农 业 科 学 ， ２ ０ ０ ７ ， ３ ５ （ ３ ） ： ７ — １ ０ ． 现 阶段农 村居 民点土地整理 的主要 目的和任务是增加耕 地数 【 ９ 】 张保华， 张二 勋． 农 村 居 民 点 土 地 整 理 初 步研 究 【 Ｊ Ｊ ． 土壤， ２ ０ ０ ２ ， （ ３ ） ： ６０ －１ ６３． 量， 以此来确 保粮食安全 ， 因此如何将 整理潜 力进一步挖掘 出是农 １ 村 居 民点 土 地 整 理 方 法 体 系研 究 中 的焦 点 … １ 。 ［ １ ０ 】 宫攀． 农 村居 民点 土地整 理初 步 研 究【 Ｄ 】 ． 保 定： 河 北农 业 大学， ００ ３． 目前 ， 在计算增加耕地面积潜力方法 中所使用 的标准体系是全 ２ 国统一 的人均或户均硬性标准 ， 这在农村居 民点整理实践 中证 明很 【 １ １ ］ 陈 美球 ， 吴 次 芳． 论 乡村 城 镇 化 与 农 村 居 民 点 用地 整 理 ｆ Ｊ ］ ． 经 济 地 难实现 ； 农 村 居 民点 用 地 标 准 不 能 完 全 照 搬 国 家 制 定 的 标 准 ， 应根 理， １ ９ ９ ９ ， １ ９ （ ６ ） ： ９ ７ — １ ０ ０ ． 据各地不同 自然条件和人文状况制定��
无线电能传输装置的设计与分析
无线电能传输装置的设计与分析作者：林柏林来源：《中国新通信》2015年第06期【摘要】无线电能传输是借助于电磁场或者电磁波进行能量传输的一种技术。
电能给人类带来巨大的发展和便利，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，既不美观又不方便，因此人类一直想要摆脱电线的束缚而能够实现电能无线传输的梦想。
本文章介绍了无线电能传输的几种方式，并通过比较他们的利与弊，选择最合适的方式，以追求最大的利益。
【关键词】无线电能传输谐振耦合 MRPT一、系统设计方案及论证1.1 无线电能发射部分发射电路作为无线电能传输传输系统中的重要组成部分该部分设计的好坏对总的传输功率也有着十分重要的影响。
因此在给系统中设计出一个高效的发射电路也是十分重要的一环。
本设计使用门极谐振电路驱动MOS管，其开关速度快，属于软开关，可以实现较低信号，产生较高电压来驱动MOS管，利于能量传输，效率高。
1.2 无线电能传输部分采用两个自谐振线圈。
电感线圈的设计和制作方法中我们了解到在高频状况下，线圈匝间电容和集肤效应将会是导致电阻增加而造成Q值降低，在空心电感的设计上都是应该考虑的。
但这些因素恰恰是引起线圈谐振所必需的，在谐振耦合中好似加以利用的。
另外提到有关线圈电感量计算公式中，都没有关于线圈所用绕线直径方面的内容，这就表明了线圈的电感量与线径无关。
但实际上，线径大小虽然不影响线圈的电感量，却对线圈性能有影响。
也就是说，线径越细，线圈的等效串联电阻就越大，Q值就越低，线圈性能就越差。
1.3 无线电能接收部分无线电能的接受由三大部分组成，分别是整流电路、滤波电路和稳压电路。
整流是为了方便接收线圈将高频率的正弦交流电压转化成我们负载所需要的电压。
整流有半波整流和桥式整流。
通过实验比较可知，桥式电流的效率以及对二极管的保护能力相对于其他方案要占优势一些。
虽然整流可以将高频的交流电压转化为直流电压，但是输出电压会由很大的脉动成分，这样在给谐波进行供电时会受到很大的谐波干扰，因为我们还需要滤波。
无线电能传输
单元电路选择
发射端：高频震荡。高频振荡产生的频率远远高于 三极管的频率，而且高频振荡产生的频率范围广， 满足无线电能传输所需的频率。另外，高频自激震 荡电路简单，容易进行电路检测。 接受端：加整流电路和滤波电路，先经过整流电路 将正弦波整流为半波，再将半波经过滤波得到稳定 于某个值的电流。
发 射 线 圈 x
接 收 线 圈
电 能 变 换
I2 U2
理论分析
磁耦合谐振式无线电能传输是目前最常用的无线 传输方式，其原理就是利用电磁效应进行无线电 能传输，在发射端交流电使线圈产生变化的磁场， 变化的磁场使接收端的线圈产生变化的电流即交 流电，从而达到无线电能传输的目的。
发射端原理图
接受端原理图
无线电能传输
题目分析
无线电能传输装置指的是电能从电源到负载的一种 没有经过电气直接接触的能量传输方式，目前常用 的方法为磁场耦合式无线电能传输。根据题目要求 可知输入电压为15V直流电压，输出为8V直流电压， 所以设计重点为将直流逆变为交流的驱动电路和将 交流整流为直流的整流电路。由于无线电能传输所 需的正弦波频率在兆赫兹级，所以需要频率产生芯 片。调试时主要是通过调整线圈的匝数调节传输效 率。
1、设计输出部分电路，电路的功能为将15V直流电压转换为接 近1MHZ的交流电，并给输出线圈供电； 2、设计接收电路，接收电路将接收的交流电变为直流电供给负 载和灯泡； 3、解决线圈与电容的匹配问题，为了达到磁耦合需要两个线圈 和各自的电容达到谐振， 4、对总体电路进行调试并进行测量。
Hale Waihona Puke I1 U1驱 动 电 路
磁耦合谐振式无线电能传输装置
磁耦合谐振式无线电能传输装置发表时间：2016-07-24T15:26:17.810Z 来源：《电力设备》2016年第10期作者：刘泓谦王道平徐锦鹏[导读] 本文设计并制作了一套磁耦合谐振原理的无线电能传输装置。
（火箭军工程大学理学院陕西西安 710025）摘要：本文设计并制作了一套磁耦合谐振原理的无线电能传输装置。
系统由发射端和接收端组成，通过发射线圈和接收线圈之间的并联谐振，不需要传统的金属介质就可以实现中等距离的无线电能传输。
系统中加入了单片机控制模块，可以对传输功率进行调节和实时显示。
设计了独立的电源管理模块，系统可以直接利用220V交流市电作为电源。
关键词：无线电能传输、磁耦合谐振、并联谐振、单片机0引言自人类进入电气化时代开始，电能的传输就是电能的应用中需要考虑的一个重要问题。
现阶段采用的有线电能传输方式虽然方便简单，效率高，但长时间的使用导线会产生老化、漏电等问题，在类似矿井和水下等特殊场合存在用电安全问题。
无线电能传输技术可以解决上述应用中的不便。
磁耦合谐振式无线电能传输是一种中等距离的无线输电方式，通过谐振可以使得在传输距离为线圈直径的几倍时仍可以得到较大的功率和较高的传输效率，从而得到了越来越多的研究。
本文设计并制作了一种磁耦合谐振式的无线电能传输试验系统，可以实现隔空点亮LED灯的效果，具有一定的推广应用价值。
1 总体方案系统主要由电源模块、信号发生模块、单片机控制模块、驱动模块、发射接收模块、整流模块分组成。
电源模块可以直接从220V的市电取得，产生适合本设计的直流电压，信号发生模块产生占空比可调的PWM波，单片机控制模块可以控制PWM波的占空比的大小，经驱动电路提高其驱动能力后为发射线圈提供激励信号，再通过发射线圈把能量发射出去。
接收线圈接收能量，经整流滤波电路产生适合负载的电压。
系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图 2硬件设计2.1 电源模块本模块主要是由220V转±18V交流变压器、1N4007二极管、大容量电解电容、LM317芯片、LM337芯片、LM7805芯片、LM7905芯片、滑动变阻器构成。
无线电能传输装置
物电学院实训实作电子设计报告项目：无线电能传输装置组员：X同果，X红智，田超逸学院：物理与电子信息学院班级：13级电子班目录一、总系统设计21.设计任务与要求2(1)基本要求2(2)发挥部分22.总系统框图4二、系统方案设计与论证错误!未定义书签。
1.可调占空比方案 (4)2. 电感电容谐振方案 (4)3. 接收部分整流稳压电路方案 (4)4. 发射部分 (5)5. 接收部 (5)三、系统测试 (6)1. 测试设备 (6)2. 数据测试与分析 (7)(1)基本要求测试：3(2)发挥部分测试：33.结果分析7四、设计总结 .. (8)五、附录 (9)附录1 原理图………………………………………………………………9附录2PCB图.......................................................................10附录3 实物图.......................................................................10附录4 元器件清单..................................................................11附录5 参考文献.. (11)无线电能传输装置摘要：所谓无线能量传输（Wireless Power Transmission——WPT）就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。
无线输电分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。
电能给人类带来巨大的发展，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，给人们带来极大的不便，因此人类一直有摆脱电线的束缚实现电能无线传输的梦想。
本文章指出现有的几种无线电能传输的方式，和他们的优点缺点.并且怎么利用这其中的方式，为人类获取一些可节约利益，和能源的节约。
关键词：无线电能；传输；途径引言随着社会飞速前进，用电设备与日俱增。
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。
关于无线电能传输装置(能量转换部分)开发与研制
关于无线电能传输装置（能量转换部分）开发与研制【摘要】无线电能传输是一种利用无线电技术传输电力能量的技术，目前尚在实验阶段。
这款无线电能传输装置，它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让该无线输电装置具有传输效率高，距离远的特点，具有广阔的应用前景。
【关键词】放大发射机耦合强磁共振电磁场同步谐振换能器无线传输1 系统简介无线输电装置的主体包括：升压充电回路、初级谐振回路和次级回路；初级谐振回路由初级线圈、主电容、主振荡器构成。
次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成，电容和电感的数值可根据实际制作而定。
但最关键的是两回路的谐振频率要相同。
该无线输电装置由一个感应圈、变压器、振荡器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。
其工作过程为：电源先给主电容充电，当电压达到主振荡器放电阀值时，放电器间隙的空气开始电离打火，近似导通，使初级谐振回路建立，开始振荡，向次级回路传递能量，次级回路随即起振，接收能量。
几个（次数主要与耦合系数有关）周波后，初级回路能量释放完毕。
此时，较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上。
次级回路继续振荡，并反客为主，带动初级回路振荡，以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。
但又一部分能量损耗在回路上，如此反复，直到损耗掉大部分能量。
2 无线电能量转换部分介绍2.1 换流器的介绍反用换流器另外一个含义是高频电桥电路，是一个可将直流电变换成交流电的电路。
根据逆变器的电路形式与输出的交流信号，可分以下三种。
（1）半桥逆变器由两个开关串联组成，输出端位于两个开关的中点，由上下两个开关来决定输出的电压。
半桥逆变器配合两个分压电容，可以输出双端之间的高频交流电。
开关旁一般需要并联续流二极管，以便在感性负载时起到续流作用。
半桥逆变器配合正负双电压源，可以输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。
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。
2014大学生电子设计竞赛一等奖--电能无线传输装置
全国大学生电子设计竞赛2014年大学生电子设计TI杯竞赛论文设计报告题目：电能无线传输装置（F题）学校：西安交通大学城市学院指导老师：张参赛队员姓名：李佑辰日期：2014年8月15日F题：电能无线传输装置摘要：本文设计了一套基于磁耦合串联谐振原理的无线电能传输装置。
利用具有低功耗、内部资源丰富的单片机作为控制芯片，产生互补的PWM波，通过TPS28225驱动芯片，驱动一个15VDC供电的H桥激励源，将直流电压逆变成方波电压。
经过串联谐振耦合接收线圈，再通过电容滤波的全桥整流电路向负载LED供电。
关键词：磁耦合谐振；无线供电；驱动电路；Abstract:This paper designs a series resonant magnetic coupling-based wireless power transmission system. TPS28225 is used as a control chip due to its low power consumption and rich internal resources. Complementary PWM waves generated by TPS28225 drives a H-bridge circuit, and then inverts the 15V DC voltage into a high-frequency square-wave voltage. The square-wave voltage drives a series LC circuit. The energy is received by the receiving coil and then the AC voltage is rectified into an output DC voltage, which drives a LED.Keyword:magnetic resonant coupling；wireless power supply；driver circuit；一、方案论证与比较1.1 整体方案选择首先，通过单片机TM4C123G输出PWM波，将其输入给一个全桥驱动电路，全桥电路将直流变成交流。
一种无线电能传输装置及传输方法[发明专利]
![一种无线电能传输装置及传输方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cb24039801f69e3142329408.png)
专利名称：一种无线电能传输装置及传输方法专利类型：发明专利
发明人：刘金国,张学宾,刘晓源,高庆
申请号：CN201611143246.X
申请日：20161213
公开号：CN107040050A
公开日：
20170811
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于电磁场技术应用领域，特别是涉及一种无线电能传输装置及其传输方法，装置包括发射装置和接收装置；所述发射装置包括顺序连接的交流电源单元、整流滤波电路、射频放大器、发射阻抗匹配电路和发射线圈；所述接收装置包括顺序连接的接收线圈、接收阻抗匹配电路、整流器。
方法：发射装置的交流电源单元产生的交流电通过整流滤波电路进行滤波，再进入射频放大器进行放大，通过发射阻抗匹配电路进行阻抗匹配后，通过发射线圈发射给接收装置；接收装置通过接收线圈和发射线圈之间的谐振作用，电流经过接收阻抗匹配电路进行阻抗匹配后，通过整流器传递给负载，实现无线电能传输。
本发明采用磁耦合谐振原理，无线电能的传输效率相对较高。
申请人：中国科学院沈阳自动化研究所
地址：110016 辽宁省沈阳市东陵区南塔街114号
国籍：CN
代理机构：沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：王倩
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成都工业学院毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置设计时间：—系部：电气与电子工程系专业：供用电技术班级： 1202161 姓名：刘佳福指导教师：目录1系统方案 (IV)系统总体思路 (IV)系统方案论证与选择 (IV)信号发生方案选择 (IV)驱动电路方案选择 (IV)整流电路方案选择 (V)总体方案设计 (V)2理论分析与计算 (VI)发射模块分析与计算 (VI)信号发生电路原理分析与计算 (VI)驱动电路原理分析与计算 (VI)接收模块分析与计算 (VI)参数选择 (VII)3电路设计 (VII)信号发生电路 (VII)驱动电路 (IX)功率MOSFET的使用 (IX)IR2110芯片的使用 (X)接收电路 (XII)4测试方案与测试结果 (XIII)测试方法与仪器 (XIII)测试数据与结果 (XIII)5实物制作图片 (XIV)致谢 (XVII)参考文献 (XVIII)任务书1.任务根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，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2.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=，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）（4）设计报告（20分）3.说明（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。
（2）I2 = 应为连续电流。
（3）测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。
（4）在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率2211100%U IU Iη=⨯。
（5）制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。
摘要随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。
在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密（Joshua R. Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。
他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。
本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。
第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED 灯正常发光。
关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离无线电能传输装置装置1系统方案系统总体思路根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。
经过几天的测试，制作出了传输效率达%，线圈之间的距离x的值最大为31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。
系统方案论证与选择信号发生方案选择方案一：石英晶体振荡器。
此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。
所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。
此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，故不太适用于本实验，所以不采用此电路。
方案二：采用PWM控制器芯片TL494。
TL494是一个固定频率脉宽调制电路。
利用RC 串联谐振原理，由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。
TL494具有控制、驱动、监控和各项保护功能，适用于设计所有的（单端或双端）开关电源典型电路。
综合比较以上两种方法，选择方案二。
驱动电路方案选择方案一：MOS管驱动电路。
实际就是对电容的充放电，对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流比较大。
但本设计LC串联负载在单电源输入下工作，只能选用开关类型的全桥驱动，因此不适用于本电路。
方案二：IR2110驱动全桥电路，IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰COM制造工业，具有独立的低端和高端输入通道，输入两个有时间间隔的脉冲后，可输出两路不同的电压，控制全桥驱动MOS管导通，LC串联负载在单电源输入情况下使用IR2110驱动全桥电路，电路稳定，性能好，同时IR2110可以很好的保护电路。
综合比较以上两种方法，选择方案二。
整流电路方案选择方案一：二极管半波整流。
利用二极管的单向导电性，二极管承受反压大，整流效果不一定好，直流电源输入时，不能构成放电回路，不适用于本电路。
方案二：桥式整流。
四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。
四只整流二极管接成电桥形式。
桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，且成本低，效率高，适用于各种电路。
综合比较以上两种方法，选择方案二。
发射线圈的选择方案一：多层同心铜芯线圈。
方案二：单层同心圆铜芯平面线圈。
经过测试单层同心圆铜芯平面线圈制作的装置传输效率更高，线圈之间的距离X达到更大，且单层同心圆铜芯平面线圈制作简单，性能稳定，所以我们最终选择了方案二。
总体方案设计本系统主要由发射模块和接收模块两部分组成。
发射模块信号发生电路产生占空比可调的方波，经驱动电路提高其驱动能力后为功率电路提供激励信号，再通过发射线圈把能量发射出去。
接收电路主要有接收线圈，整流滤波电路以及负载组成。
系统总体框图如图所示。
2理论分析与计算利用LC 串联谐振的原理，合理设置发射装置与接收装置的参数，使得发射线圈与接收线圈以及整个系统都具有相同的谐振频率，并在该谐振频率的电源驱动下系统可达到一种“电谐振”状态，从而实现能量在发射端和接收端高效的传递。
本设计的目的是尽可能提高无线电能传输装置的效率，整个系统都具有相同的谐振频率，因此发射线圈与接收线圈各项参数均相同，串联的电容也相同，利用LC 串联谐振原理，获得最大电流，从而最大效率的将磁能转化成电能，获得最大的效率。
发射模块分析与计算信号发生电路原理分析与计算信号发生电路主要是将输入的直流信号转化成PWM 信号，以便后级电路产生正弦交变电压。
主要由TL494实现。
TL494是一个固定频率脉宽调制电路。
由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。
TL494输出方式控制脚13与参考电压脚14相接，功率输出管Q1和Q2受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。
当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
5脚CT 产生的振荡频率为T T osc C R f 1.1=（RT 为6脚输出，CT 为5脚输出)。
驱动电路原理分析与计算驱动电路主要由两个IR2110交替控制H 桥桥式驱动电路上管升压，下管原压（保持原来的电压不变），获得相邻时间间隔的脉冲（死区时间），从而产生正弦交变电压，进而利用电磁感应原理将电能转化成磁场能。
而最大限度的将电能转化为磁场能，即线圈中电流最大，则使LC 串联谐振，谐振频率：LC f π210=（L 为电感感值，C 为电容容值）。
接收模块分析与计算接收端要求输入直流电流，而接收线圈与电容谐振后得到高频的交流电流，因此必须整流，得到直流电流。
又因为电流是高频的，器件做热功容易损耗电能，因此需要并入六个小电容滤波，减少损耗。
该无线电能传输装置的效率η：%1001122⨯=IUIUη（U1为输入电压，U2为输出电压，I1为输入电流，I2为输出电流）。
参数选择因为发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm，线圈的绕法有三种方式：缩绕、多层平绕和单层同心圆绕。
经过比较单层同心圆绕的传输效率最高，因此选用单层同心圆绕。
单层同心圆绕，测出电感值约为100Hμ，由LC串联谐振，得到电容值为3300p，因此谐振频率约为80KHz。
为了获得最大电流，从而传输效率达到最大值，则发射电路与接收电路中的线圈感值，串联的电容应相等。
3电路设计本系统主要由发射单元电路和接收单元电路两部分组成。
发射单元电路包含信号发生电路，驱动电路，发射线圈四部分；接收单元包含接收线圈，整流滤波电路以及负载组成。
下面主要对介绍信号发生电路，驱动电路，接收电路。
信号发生电路TL494是一个固定频率脉宽调制电路。
由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。
它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。
芯片TL494内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节（见图1）。
输出电容的脉冲其实是通过电容上的正极性锯齿波电压与另外2个控制信号进行比较来实现。
功率输出管Q1和Q2受控于或非门。
当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。
当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小（见图2，3）。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至时间死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。
死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波的周期4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。
当把死区时间控制输入端接上固定的电压，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从变化到时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降为零。
2个误差放大器具有从—到(vcc—的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉的到。
误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调智器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制电路。
图2图3本设计的信号发生电路见图4。
图4 信号发生电路驱动电路功率MOSFET的使用功率MOSFET，它是一种单极型电压控制器件。
它具有自关断能力，且输入阻抗高、驱动功率小，开关速度快，工作频率可达１MHz，不存在二次击穿问题，安全工作区宽。