无线电能传输技术及应用

无线电能传输技术简介
MIT螺旋式无线电能传输样机
美国高通公司生产的多终端充电台
海尔无尾电视
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性 一、基本传输结构
1. 两线圈结构
2. 四线圈结构
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性
谐振式无线电能传输技术最基本的实现方式是采用两线圈结构，即直 接将高频电源与发射线圈连接，负载与接收线圈连接，通过线圈本身的分 散电容或集中补偿电容实现谐振，采用两线圈结构的电路模型简单，系统 设计简单。但是，采用两线圈结构模型，将严重限制系统的传输距离，尽 管实现谐振，系统的传输距离也很难满足要求，因为当系统只有发射线圈 与接收线圈时，随着两线圈距离的微小增加，两线圈之间的耦合系数将急 剧减小，从而使传输效率急剧下降。 为了提高传输距离，研究人员提出四线圈结构模型，四线圈结构是在两 线圈结构的基础上增加了电源线圈和负载线圈，之所以采用四个线圈的结 构，是因为当发射线圈与接收线圈之间的距离提高到中等距离后，虽然两 线圈之间的耦合系数很小，但是可以通过调整电源线圈与发射线圈的耦合 系数以及接收线圈与负载线圈的耦合系数，保证系统获得最佳的阻抗匹配 ，从而获得较高的传输效率。
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性
三、耦合模理论
磁谐振耦合无线电能传输的理论基础是耦合模理论(Coupled-Mode Theory )，其基本思想是在两谐振模式间通过恰当地耦合，即载流线圈之 间通过彼此磁场的相互联系，在某一确定频率下产生谐振，形成能量在 两个谐振腔之间的全转移，从而获得高效率的能量转移，而其他偏离谐 振频率的物体之间的相互作用较弱，对能量传输影响较小。
无线电能传输技术及应用
姓名：李灏 专业：机械电子工程 学号：SX1505101
主要内容
无线电能传输技术简介
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性 无线电能传输在植入医疗器械中的能的无线传输这一概念的提出最早可以追溯到19世纪 末期。1893年，Nikola Tesla在芝加哥举行的世界博览会 上首次展示了通过无线方式供电的荧光照明灯。
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性
二、近场理论
磁谐振耦合无线电能传输是在 近区场进行的，在近区场电磁场能 量不向外辐射，即非辐射性磁耦合。 另外，近区场的电磁场强度较强，远区 场为弱场，进入远区场的电磁场波将不能返回对 线圈产生谐振作用，而在近区场电磁场的能量基 本上在发射端与接收端之间周期性的来回流动。 距离发射线圈中心 的范围内为系统传输电能的有效 区域，超出此区域系统将不能有效地传送电能。从这个角度也 可说明磁谐振耦合式无线输电的距离主要是在近场区。
无线电能传输技术简介
2007年，美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology) MIT) 的Marin Soljacic教授等人基于磁耦合谐振原理在中等距离无线电能传输 方面取得了新进展。他们“隔空”点亮了1盏离电源2m开外的60W灯泡 ，效率达到了40%，并在《Science》杂志上发表了其研究成果，引起了 世界轰动。随后，世界各地的研究人员对无线电能传输开展了越来越多 的研究。
无线电能传输(wireless power transfer,WPT),又称为无接触 式电能传输(contactless power transfer CPT)，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。无线电能传输一直是人 类的梦想。
1891年Tesla向外展示无线传输原理
MIT无线电能传输装置和实验组成员
无线电能传输技术简介 无线电能传输分类
电磁辐射 式 无线电波 激光
无线电能传输
电场耦合 式
磁场耦合 式 超声波等
谐振式
感应式
无线电能传输技术简介 微波辐射式无线电能传输及相关应用
能量 输入
微波转换 装置 DC/AC
无线发射 与聚焦系 统
无线接收
微波转换 装置 AC/DC
无线电能传输在植入医疗器械中的应用
植入式电子装置
1. 植入式刺激器 2. 植入式电子测量系统 3. 植入式药疗装置
能量 输出
空间太阳能发电站
SHARP项目中微波供电样机
无线电能传输技术简介
感应耦合式无线电能传输及相关应用
感应式无线电能传输技术就是利用了法拉第电磁感应定律，将输 入线圈与输出线圈临近放置，使输入线圈流入交变电流，进而产生交 变磁场，变化的磁场在输出线圈感应出电动势，完成无线电能传输， 整个过程是电能一磁场能一电能的转化方式。
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性
四、电路理论
利用两线圈结构的等效电路图，根据基尔霍夫 定律，可得到两线圈结构的回路方程：
当电源频率等于系统自谐振频率时，发生谐 振，此时有：
方程组可进一步简化，从而解出整个系统。
磁耦合谐振式无线电能传输原理与特性
五、磁耦合谐振式无线传输特性
磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)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。相比于感应式，该方法传输距离较远;相比于辐射式，其对电 磁环境的影响较小，且功率较大。正是由于这些优点， MCR-WPT 得到越来越多的研究。
充电式电 动汽车
植入电 子药疗
应用
个人电子 消费产品 日常家 电
无线电能传输技术简介
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充电式电动汽车
无线电能传输技术简介
电磁耦合谐振式无线电能传输技术是由麻省理工学院
(MIT）Marin Soljacic教授于2006年美国物理学会工业物理论坛上首次提出 的，其工作原理是利用两个具有相同谐振频率且具有高品质因数的电磁 系统，当发射线圈以某一特定频率工作时，在与之相距一定的距离的接 收线圈通过分布式电容与电感的耦合作用，产生电磁耦合谐振，高频电 磁能量在两线圈之间发生大比例交换，当接收线圈上接有负载时，负载 会将一部分能量吸收，从而实现了电能的无线传输。