磁共振无线供电模块(witricity原理)

ED2M-V1.0 用户手册

理论简介

使用磁场的强耦合共振机制，我们实现了无辐射无线电力传输，小功率负

载时传输距离达到了发射线圈半径的２０倍！后续我们将进一步研究这种系统

的实际应用和发展方向。

两个具有相同共振频率的共振物体能有效地交换能量，与此同时，非共振

时则较少消耗能量。在耦合共振系统（如声、电、磁、核）中，往往会有一个

强耦合机制。如果能在设计的系统中充分利用这种机制，能量转移预计将非常

有效。以这种方式进行的中距离能量传输几乎可以是全向的。环境物体的干涉

和能量损失均很小。

上述考虑适用于自然界各种共振现象。在这里，我们采用了磁场共振。由

于大多数普通的材料不与磁场相互作用，磁场共振特别适合日常应用。我们在

兆级频率实现非辐射近场的磁耦合机制。初看起来，这种能量转移使人想起了

通常的磁感应，但是，请大家注意，通常的电磁感应在中距离应用中效率极低。

上述特定区域有效的中距离能量传输发生在强耦合共振时。采用耦合模理

论CMT 来描述这一物理系统，得到线性方程组如下：

ＥＤ２Ｍ系统中核心部件为驱动模块－Ｄｒｉｖｅｒ，其功能为整个系统提供信号源，实现电能的转换并激励发射线圈Ａ，以满足共振线圈阵列的要求。为负载提供电能的Ｌｏａｄ由单铜环Ｂ和全波整流部分组成。

ＥＤ２Ｍ系统中另外四个组件——自共振线圈阵列，一个是源线圈阵列 S ，Ｔ，一个是受体线圈阵列 D ，Ｒ。其中源线圈被恒定频率驱动，两个设备间具有耦合系数 k 。能量被 D 接收后对负载做功。

源线圈阵列 S 通过电感耦合到信号发生电路；受体线圈通过电感耦合到负载。自共振线圈阵列依靠调节Ｓ和Ｔ，Ｄ和Ｒ之间的距离达到共振。

系统工作示意图

注： A 是半径６ｃｍ的单铜环，这是驱动电路的一部分。该驱动电路，输出正弦波。S 、Ｔ 和 D 、Ｒ 分别是独立的源和受体。 B 是带负载的铜环。S 和 D 在一条线上。

硬件配置

发射端

发射端是整个系统的核心，包括驱动模块、发射线圈、源线圈阵列、电源插头；驱动模块

外观尺寸：W*D*L=30.4*20.4*100mm;

模块采用全密封形式，全面防水，可以达到较高的防护等级，以适应于多种应

用场合。外壳采用铝合金材料，具有良好的散热性能，同时外壳上有Ｍ３安装

螺丝，以方便安装固定，同时也可以附加额外散热器。

模块满负荷工作时温度会比较高，此时需要在原有散热基础上附加额外散热器

或增加散热风扇进行散热。即使您的散热条件没做好，也不必担心模块因过热

而损坏，因模块本身具有热保护功能，当模块温度超过６０±５℃时，模块会

自动切断电源进行保护，当其冷却到３０℃时模块会重新进入工作状态。

发射线圈

线圈直径： D=120mm

铜环线径：ｄ＝１ｍｍ

源线圈阵列

中间线圈为源线圈阵列的Ｓ：D=100mm

警告：正常工作时Ｓ上有高压存在，与黄色外壳模块连接部分因导体裸露已用热缩管进行保护，切勿拆开！线圈本身有绝缘保护可触摸。

源线圈阵列的Ｔ：Ｄ＝８５ｍｍ

铜环线径： ｄ＝１ｍｍ

警告：正常工作时Ｔ上有高压存在，与蓝色外壳模块连接部分因导体裸露已用热缩管进行保护，切勿拆开！线圈本身有绝缘保护可触摸。

Ｔ在系统中所起的作用是为了和Ｓ配合，共同构成一个共振线圈阵列。

通过调整两者之间的距离可以使其进入共振状态，不同的距离共振强度会有所不同，因而也可以通过距离调节发射端的发射功率，摆放的位置在线圈的两侧均可。

电源插头

模块本身上的电源插头为母头，为了方便客户转接，随货我们还会提供与其配套的公头。

完整的发射端

接收端

接收端包括接收线圈、受体线圈阵列、全桥整流板；

接收线圈

线圈直径： D=120mm

铜环线径：ｄ＝１ｍｍ

源线圈阵列

中间线圈为受体线圈阵列的Ｄ：D=100mm

受体线圈阵列的Ｒ：D=1２0mm

全桥整流板

如图所示外围线圈是接收线圈，内部线圈是受体线圈阵列的Ｄ，绿色电路为全桥整流板。

完整的接收端

整个系统配合起来的效果（距离５０ｃｍ）

调试方法

首先需要准备准备一个１２Ｖ直流电源，最大输出电流不小于５Ａ

给发射端通电之后，接下来就需要将源线圈阵列调整到共振状态

如果您有直流稳压线性电源，当您把Ｔ线圈逐渐靠近Ｓ线圈时，您会发现电源的输出电流逐渐增加的过程，当达到某一点时输出电流达到最大值，此时模块进入共振状态，当距离进一步缩小时，电流会下降。一般共振时输出电流在３Ａ左右，此数值会因模块参数的差异略有区别。当发射模块进入共振状态时就可以调节接收端了。

如果您没有此类电源可以使用接收端来测试。随货我们的接收端都会有一颗１Ｗ的ＬＥＤ作为负载，首先将接收端放在发射线圈５０ｃｍ以内的一个位置，保证线圈正对，此时通过调整Ｓ和Ｔ之间的距离，会发现有一点ＬＥＤ的亮度最高，亮度最高时，就说明发射模块进入共振状态。

接下来就是调试接收端了。接收端调试方法相对比较简单，通过调整Ｒ和Ｄ之间的距离使接收端和发射端同时进入共振状态。通过逐渐增加距离，同时调整ＲＤ距离使系统进入最佳工作状态。

最终调试结果（距离１００ｃｍ）

ＥＮＤ