2014年全国大学生电子设计竞赛

2014年全国大学生电子设计竞

赛

（江苏赛区）

题目: 无线电能传输装置

题目编号： F

参赛队编号：

二O一四年八月

无线电能传输装置

摘要：传统的直接接触式电能传输由于存在诸如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。因此寻找一种更为灵活方便的能量传输方式成为人类一个追求，多年来国内外的科学家执着开展了很多探索研究工作。直到2007年MIT的科学家提出了磁耦合谐振式的无线电能传输原理并成功利用该理论在2m范围内点亮一个60W的灯泡，无线电能传输技术的研究才成为国内外学者研究的热点。

一、主体方案论证与比较

1.1感应耦合谐振式传输方案

近场谐振技术是由MIT的研究人员最先提出的。为了实现电能的远距离输送，一般在研究WPT技术时都主要着眼于电磁场的辐射区，而很少涉足电磁场辐射区之前的近场，近场时间变化成分不仅没有得到利用，还被当成了电磁干扰的主要原因之一，成为抑制对象，但恰近场内电磁波具有的特性会使电能无线传输的效率成倍增加，在MIT的实验中，1米的距离上甚至可以达到90％的惊人效率。两个电磁线圈之间在一定条件下会产生几乎不向外辐射的高次方磁场，发射和接收线圈彼此处于对方的这种近场内，即可以形成磁场强耦合。根据电磁场理论，近场的范围受辐射天线尺寸的限制，与其成正比关系，近场谐振式无线电能传输的距离也与天线尺寸成正比。感应耦合谐振装置利用两个发生谐振耦合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，当发射回路和接收回路处于强耦合谐振状态下时，谐振体之间的能量交换可以达到很高的效率。但应该指出的是，谐振耦合虽能增加传输距离，但是要获得高品质因数就意味着谐振带宽窄，实践证明即使引入频率跟踪系统也很难实现保持谐振，这就大大增加了系统设计调试的难度。具体的实现方法：A是一个半径为30cm的发射线圈，，它是电源电路的一部分，输出频率为10MHz的正弦波。B是与A参数完全一致的接收线圈，A与B组成谐振回路，。C是连接到接收线圈B的负载。线圈A和B保持同轴排列。线圈A和B的直接耦合是可以忽略不计的。强耦合磁谐振系统可以借助耦合模理论加以描述。当发射和接收装置谐振时，功率最佳。