2018Multisim仿真无线电能传输项目设计

无线电能传输项目设计

一 预备知识

(一)项目设计的目的:

(1)在实践中对现代电工技术的理论知识做进一步巩固;

(2)锻炼对综合运用能力。

(二)实验内容与要求:

在不采用专用器件(芯片)的前提下,设计一个非接触供电系统。原理电路如

下图所示,实现对小型电器供电或充电等功能。

(三)要求

用仿真软件对电路进行验证,使其满足以下功能:

(1)供电部分输入36V 以下的直流电压,具有向多台电器设备非接触供电的 功能。

(2)在输出功率≥1W 的条件下,转换效率≥15%,最大输出功率≥5W 。

(3)设计报告必须包括建模仿真结果

(4)利用multisim 生成PCB 板 D 功放

AC/DC 耦合线圈

耦合线圈 振荡器 充电电路

电源

二无线电能传输技术

(一)无线能量传输技术介绍

根据电能传输原理,可将 WPT 技术分为三种:射频或微波 WPT、电磁感应式WPT、电磁共振式 WPT,下面分别予以介绍。

1微波无线能量传输

所谓微波 WPT,就就是以微波(频率在 300MHz-300GHz 之间的电磁波)为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。利用微波源将电能转变为微波,由天线发射,经长距离的传播后再由天线接收,最后经微波整流器等重新转换为电能使用。

微波频率传输所具备的“定向、可穿透电离层”等特性,使得该能量传送方式早在20世纪60年代初期就受到人们的关注,并在远程甚至超距能量传输场合有着重要的应用价值。微波WPT主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距输电场合,其中卫星太阳能电站作为人类应对能源危机的有效策略已成为美国、日本等国大力发展的重要航天项目。

目前,限制微波 WPT 技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线以及大功率微波电磁场的生物安全性与生态环境的影响问题。然而,由于工作频率高、系统效率较低,微波 WPT 并不适合于能量传输距离较短的应用场合。

2电磁感应式无线能量传输

电磁感应式 WPT 就是基于电磁感应原理,利用原、副边分离的变压器,在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术,典型的应用包括新西兰国家地热公园的 30kW 旅客电动运输车、Splash power 公司的无线充电器等。可以瞧出,无论就是小功率的消费类电子产品还就是大功率 EV 无线供电系统,电磁感应式 WPT 技术都可有效实现无线供电。

然而,电磁感应式 WPT 仍存在一系列问题:传输距离较短,距离增大时效率急剧下降;传输效率对非接触变压器的原、副边的错位非常敏感等等。

3电磁共振式无线能量传输

电磁共振式 WPT,就是美国 MIT Solja i 领导的研究小组在 2007 年提出的突破性技术。她们使用两个固有谐振频率相等的铜线圈(为方便表述,称其为“变压器”),在共振激励条件下(即激励频率等于线圈的固有谐振频率),距离2m 处,成功点亮了一个 60W的灯泡,其中变压器的效率达到了 40%。

压器绕组间错位的敏感度减小,长野日本无线公司给出了原、副边绕组相互垂直的实验图片;此外,利用共振模式对激励频率要求的严格性,可通过合理设置激励频率,向指定电器供电,提高安全性。然而,目前该方向的研究要么过于理论化,要么为实验研究,缺乏对应用、工程设计有定量指导意义的研究成果,但毋庸置疑,电磁共振式 WPT因为能量的高效耦合将成为 WPT 技术的一个重要研究方向。

综上所述,与非接触感应式充电技术相比,磁耦合谐振式无线能量传输的传输距离更有优势;与电磁波形式的无线能量传输技术相比,磁耦合谐振式无线能量传输具有无敏感的方向性、无辐射等优点。

(二)磁耦合谐振式无线能量传输系统

1能量传输系统的构成

能量传输系统包括电源端与负载端两部分。电源端包含导线绕制并与电容并联的线圈(源线圈),以及为线圈提供电能的高频电源;相隔一段距离的接收端包含另一个导线绕制并与电容并联的线圈(接收线圈),以及消耗线圈电磁能的负载。

2能量传输系统的工作原理

导线绕制的线圈可视为电感与电容相连构成谐振体,谐振体包含的能量在电场与磁场之间以其自谐振频率在空间自由振荡,产生以线圈为中心以空气为传输媒质的时变磁场;与该谐振体相隔一定距离的具有相同谐振频率的谐振体感应磁场,所感应的磁场能同样在电场与磁场之间以其自谐振频率在空间自由振荡,同时两个谐振体之间不断地有磁场能交换,因此产生以两个线圈为中心以空气为媒质的时变磁场。

两谐振体内电场能与磁场能振荡交换的同时谐振体之间也存在着以相同频率振荡的能量交换,即两谐振体组成耦合谐振系统。

三系统方案设计

无线供电系统由电源电路、高频振荡电路、高频功率放大电路、发射、接收线圈与高频整流滤波电路五部分组成。非接触供电系统框架如下图1所示,最后给可充电电池充电。从无线电路传输的原理上瞧,电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播,要产生电磁波首先要有电磁振荡,电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大,电磁振荡的频率至少要高于100kHZ,才有足够的电磁辐射。

图1 非接触供电系统框图

(一)高频振荡电路设计

1设计方案

方案一:采用LC谐振回路产生所需的频率。优点就是可以产生任意所需载波,缺点就是频率稳定度比较低(见图2)。

方案二:采用有源晶振。有源晶振只要加上电源就可以产生频率稳定的载波。优点就是电路简单,频率稳定。缺点就就是不能产生任意频率的载波(见图3)。

方案论证:本设计对频率没有具体要求,而且无需产生多个频率,所以采用方案二。而且具有电路简单,频率稳定的有点。

图2 LC谐振回路

图3 晶振电路

2晶振电路的工作原理

晶振就是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能与机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。

晶振在数字电路的基本作用就是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作就是根据电路设计,在某个时刻专门完成特定的任务,如果没有一个时序控制的标准时刻,整个数字电路就会成为“聋子”,不知道什么时刻该做什么事情了。晶振的作用就是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频与射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振,在电气上它可以等效成一个电容与一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率就是串联谐振,较高的频率就是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电

路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄, 所以即使其她元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。

晶振有一个重要的参数,那就就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。晶振就是为电路提供频率基准的元器件,通常分成有源晶振与无源晶振两个大类。

3晶体振荡器仿真

图4晶体振荡器仿真

经过大概测算,晶体振荡器在输出频率在1、5MHz左右,电路图达到预期目的。

(二)功率放大器设计

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音就是不同振幅与不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远就是基极电流的β倍,β就是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流

的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)就是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大,就完成了功率放大。

1功率放大器原理

高频功率放大器用于发射级的末级,作用就是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收级可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器就是通信系统中发送装置的重要组件。高频功率放大器的主要技术指标有:输出功率、效率、功率增益、带宽与谐波抑制度(或信号失真度)等。这几项指标要求就是互相矛盾的,在设计放大器时应根据具体要求,突出一些指标,兼顾其她一些指标。例如实际中有些电路,防止干扰就是主要矛盾,对谐波抑制度要求较高,而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率就是一个突出的问题,其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类与丙类等。为了提高放大器的工作效率,它通常工作在乙类、丙类,即晶体管工作延伸到非线性区域。

2功率放大器分类

功率放大器可分为A类放大器、B类放大器、AB类放大器、D类放大器及T 类放大器等五大类。

A类放大器的主要特点就是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真与交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,功率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。

B类放大器的主要特点就是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示),所以必须用两管推挽工作。其特点就是效率较高(78%),但就是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点就是"交越失真"较大。即当信号在-0、6V~ 0、6V之间时, Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

AB类放大器的主要特点就是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。

D类放大器就是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。

1. 具有很高的效率,通常能够达到85%以上。

2. 体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

3. 无裂噪声接通。

4. 低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。

T类功率放大器的功率输出电路与脉宽调制D类功率放大器相同,功率晶体管也就是工作在开关状态,效率与D类功率放大器相当。它与普通D类功率放大器不同的就是:1、它不就是使用脉冲调宽的方法,2、它的功率晶体管的切换频率不就是固定的,无用分量的功率谱并不就是集中在载频两侧狭窄的频带内,而就是散布在很宽的频带上,3、T类功率放大器的动态范围更宽,频率响应平坦。

3设计方案

方案一,采用集成芯片。现有许多高频大功率的集成放大器(如AD815)可以用来设计高频功放。集成功放具有稳定度高,需要调整的参数少的特点,缺点就是效率较低(集成功放一般采用线性放大),不满足系统对功耗及传输距离的要求。

方案二,采用分立元件的功率放大器。采用分立元件的高频电路受分布参数影响大,而且不易调整,但其电路结构比较灵活,对应于不同要求的信号,可以设计不同结构的放大器以获得最大的效率,而且输出功率可以设计的较大,价格也相对低廉。采用功放管,前级的缓冲级,一就是控制能量发射模块的增益,二就是给提供足够的驱动功率。

方案论证:

本题目要求不能采用专用芯片与模块。能量发射模块功率上限为5W,需要较大功率的功放管,故选用方案二。

图5 功率放大器原理电路图

图6 功率放大器仿真(三)整流电路设计

图8 桥式整流电路

2设计方案

半波整流电路最为简单,但就是性能较全波整流与桥式整流不好。桥式整流电路与全波整流电路相比,前者电源变压器五中心抽头,结构简单,且伏安容量小。综此比较,整流电路选择桥式整流电路,桥式整流电路图见图8。

3整流电路仿真

图9整流电路

图10整流前后对比

(四)耦合线圈

磁耦合谐振式无线能量传输就是以时变磁场为媒介,当外加激励源的频率与

系统的谐振频率相等时,谐振体耦合谐振实现能量传递达到最好状态。因此,两谐振体谐振频率相同,就是实现系统耦合谐振的前提。

耦合模理论,不计损耗情况下,具有相同谐振频率的谐振体之间可实现能量的完全交换;当κ>>τ时,即耦合能力远大于自身损耗的情况下,具有相同谐振频率的谐振体之间“强耦合”作用,可实现无线能量传输。

耦合系数体现了谐振体之间的耦合能力,对实现无线能量传输起到至关重要的作用。损耗系数在能量传输系统中的作用丝毫不逊于耦合系数,二者共同决定了系统的耦合程度。系统中损耗功率增加,则通过磁场从一端耦合到另一端的功率所占比重减小,因此,损耗系数的减小与耦合系数的增加均可以增大系统的耦合程度。

1线圈电感

从几何形状瞧,线圈的种类繁多,如圆形线圈、方形线圈、环形线圈等。相对于其她几何形状的线圈,圆柱线圈具有的最大优势在于:每单位体积绕线所产生的磁场最大。

对于采用密绕的圆柱单层螺旋线圈,导线采用电导率较大的铜芯漆包线,以减小线圈自身电阻。根据传输距离、功率的不同要求,采用不同尺寸的线圈。

密绕环形电感线圈的电感可由下式计算:

2线圈互感

磁耦合谐振式无线能量传输就是多方位的能量传输,谐振体(谐振线圈)之间没有严格的方向对应关系,又线圈互感与线圈的尺寸、方位有关。

同轴平行的线圈之间的互感图9中线圈模型的互感计算:

式中 N1,2——分别为线圈 1,2 的匝数;r1,2——分别为线圈1,2的半径;d——两线圈两轴线中心距离。

图11同轴平行的线圈模型

3传输系统的最佳频率范围

两个谐振线圈的尺寸完全相同,谐振电容相等,且谐振线圈在同轴线上“强耦合”关系式:

式中μ0——真空磁导率,μ0=4π×10-7;σ——取铜导线的电导率σ铜=5、998×107S/m。

中距离的无线能量传输,线圈半径 r 与传输距离 d 就是同一数量级的,线圈导线线径 D 为就是 10-3m 数量级。因此,若要“强耦合”(κ>>τ)关系式成立,则系统的谐振频率 f 至少为 106Hz上下。另一方面,磁耦合谐振无线能量传输系统就是以时变磁场为传输媒介,不向外辐射电磁能,所以电磁波长远大于传输距离(λ>>d)。中距离无线能量传输的距离传输范围大体为几十厘米到几米,因此能量传输系统典型频率 f 范围为0、5~25MHz 最好。

四方案实现与测试

根据上章原理,运用multisim仿真实现方案的设计。

(一)系统整体电路

图12非接触供电系统电路原理总图

(二)系统各部分电路

非接触供电系统由电源电路、高频振荡电路、高频功率放大电路、发射、接收线圈与高频整流滤波电路五部分组成。

高频振荡电路

图14晶体振荡器仿真

图15 高频功率放大电路

图16 功率放大器仿真

图17高频整流滤波电路

图18整流前后对比

图19接收电路

(三)仿真结果

(1)最大输出功率≥5W:

图20

输出最大功率大于5W,符合实验要求。

(2)供电部分输入36V以下的直流电压,具有向多台电器设备非接触供电的功能:

图21

以2V左右的直流电压,向两个LED灯非接触供电,符合要求。

(3)在输出功率≥1W的条件下,转换效率≥15%:

图22

由上可知输出功率大于1W,此时的转换效率约为38%>15%,符合要求。

(四)实物

图23

浅谈无线电力传输

浅谈无线电力传输 张业邹代宇陈昊 内容摘要：无线电力传输技术是一项新兴的科技，这项技术未来将很大程度的造福人类。本文将对无线电力传输技术的历史，基本原理，研究现状以及未来前景进行介绍，让人们更好地认识这门新兴技术。 关键词：无线电力传输，电磁感应，耦合，共振，无线充电，改变世界。 一、无线电能传输的发展历史 1820年:安培,安培定理表明电流可以产生磁场。1831年:法拉第,法拉第电磁感应定律是电磁学的一个重要的基本规律。1864年:麦克斯韦建立了统一的电磁场方程,用数学的方法描述电磁辐射。1864年:赫兹证实了电磁辐射的存在。赫兹产生电磁波的设备是VHF和UHF 波段的放电发射机。1891年:特斯拉(NikolaTesla)改善了赫兹的微波发射器的射频功率供应,并申请专利。1893年:特斯拉在芝加哥的哥伦比亚世界博览会展示了他的无线传输的荧光照明灯。1894年:勒布朗(Hutin&LeBlanc)相信可以感应传输电能,并申请了关于一个能传输3KHz电能的系统的美国专利。1894年:特斯拉分别在纽约的第五大道南35号的实验室和休斯敦街46号的实验室通过无线方式点亮了一个单极白炽灯,实验手段用到电力感应、无线共振感应耦合等技术。1894年:钱德拉玻(JagdishChandraBose)使用电磁波信号远距离点燃火药和

触响铃铛,表明不用电线也能传递能量。1895年:钱德拉玻无线传输信号将近一英里远的距离。1896年:特斯拉发射了约48公里(30英里)距离的信号。1897年:马可尼(GuglielmoMarconi)使用超低频无线电发射器传送6公里的摩尔斯电码信号。1897年:特斯拉申请了无线传输的专利。自此，无线电力传输技术真正走上了历史的舞台。 一、无线电能传输的基本原理 无线输电技术根据其应用场合的变化有不同的原理,技术方案也不尽相同。 1.电磁感应原理 此原理与电力系统中常用的变压器原理类似。在变压器的原边通入交变电流,副边会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流,其方向的确定遵从楞次定律,大小可由麦克斯韦电磁理论解出。电力系统中的电压、电流互感器也是采用了类似的原理。相对于无线输电而言,变压器的原边相当于电能发射线圈,副边相当于电能接收线圈,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输,而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级,但其对无线输电确实产生了一定的启发作用, 尤其是电能的小功率、短距离传送。目前使用电磁感应传递电能的主要有电动牙刷, 以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备,由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。这种原理的无

高效无线电力传输系统

高效无线电力传输系统 摘要——本文提出了基于自动引导车辆的无线电力传输系统的概念，该系统在车上装有充电电池，并在特定的地方进行充电。当给车辆充电时，要接近蓄电池充电器进行自动充电，因此，蓄电池充电器的初级变压器与车上的次级变压器之间需要较大的间隙，用以防止碰撞损坏。这样的话就要设法预防由于这个较大距离产生的变压器耦合率的降低，传统的无线电力传输技术由于电力需要通过拾波电圈从电线获得，就要装备一个大尺寸的变压器，并且当距离超过车行驶的长度铜的损失也会加大。先进的系统采用一个高频率的应用软开关方法变极器减小变压器尺寸，变压器间隙每10mm耦合率0.88，并且可达到91%的运行效率。 1.引言 最近，研究者对基于诸如自动引导车辆等运动机械的无线电力传输系统进行了测试，自动引导车辆通常使用带台车的供电系统，但好的金属粒子是通过供电时的摩擦产生的，由于无线电力传输系统不产生摩擦，其严格要求在清洁的室内或医院里，并且因为没有磨损从而该系统有减低维修频率的有点。 传统的带有无线电力传输系统的自动引导车辆需要一条与轨道平行的电线并且通过拾波电圈获得电能，但是因为拾波电圈在结构上与变压器的第一圈相似，所以为了在次级变压器端（车辆端）获得足够的电能，在初级变压器一端（电线端）需要超额的电流，特别是当车辆行驶一段长距离，铜损失不能被忽略，并且由于发生磁通量的大量泄漏，耦合率不足，所以拾波线圈也需要大型的变压器和较大的电能供应设备。 本文提出了基于自动引导车辆的无线电力传输系统的概念，在无线变压器见有10mm间隙的情况下，得到不同变压器结构的仿真和实验结果，从这些结果中给出了一种高耦合率的变压器结构，此外采用了0V变换方式的回荡变极器作为供电设备（蓄电池充电器）的变极器，选取100kHz变换频率以减小变压器尺寸。对充电器和变压器的实验评价显示该提出的系统可以高效率运行。 2.无线电力传输系统的概念 图1.表示基于自动引导车辆的无线电力传输系统的新概念，该系统的充电电池装载在车

无线电能传输(课程设计)实验报告

实验报告 1.实验原理 与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。 磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。 除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。

谐振耦合式无线电力传输系统matlab建模

Modeling Resonant Coupled Wireless Power Transfer System 谐振耦合式无线电力传输系统建模 This example shows how to create and analyze resonant coupling type wireless power transfer(WPT) system with emphasis on concepts such as resonant mode, coupling effect, and magnetic field pattern. The analysis is based on a 2-element system of spiral resonators. 这个例子显示了如何创建和分析谐振耦合式无线电力传输系统（WPT）的概念如谐振模式，强调耦合效应和磁场模式。此分析是基于两螺旋谐振器系统。 This example requires the following product: 这个例子需要以下产品： Partial Differential Equation Toolbox? Design Frequency and System Parameters设计频率和系统参数 Choose the design frequency to be 30MHz. This is a popular frequency for compact WPT system design. Also specify the frequency for broadband analysis, and the points in space to plot near fields. 选择的设计频率为30MHz。这是便携式WPT系统设计的一个流行的频率。还指定了宽带分析的频率，和在附近的空间中的点。 fc=30e6; fcmin = 28e6; fcmax = 31e6; fband1 = 27e6:1e6:fcmin; fband2 = fcmin:0.25e6:fcmax; fband3 = fcmax:1e6:32e6; freq = unique([fband1 fband2 fband3]); pt=linspace(-0.3,0.3,61); [X,Y,Z]=meshgrid(pt,0,pt); field_p=[X(:)';Y(:)';Z(:)']; The Spiral Resonator螺旋谐振器 The spiral is a very popular geometry in resonant coupling type wireless power transfer system for its compact size and highly confined magnetic field. We will use such a spiral as the fundamental element in this example. 螺旋是一种非常流行的几何形状在谐振耦合型无线功率传输系统，其紧凑的尺寸和高度密闭的磁场。我们会使用这样一个螺旋的基本元素在这个例子中。 Create Spiral Geometry The spiral is defined by its inner and outer radius, and number of turns. Express the geometry by its boundary points, then import its boundary points into pdetool. The mesh is generated in pdetool and exported. The mesh is described by points and triangles. 创建螺旋几何形状的螺旋是由它的内部和外部半径定义，和数量的圈数。由边界点的几何表达，那么进口边界点为有效。网格产生有效和出口。网格是由点和三角形描述的。 Rin=0.05; Rout=0.15; N=6.25; [p,t]=createSpiral(Rin,Rout,N);

磁耦合谐振式无线电能传输

磁耦合谐振式无线电能传输 DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2016.12.137 1磁耦合谐振式无线电能传输 （1）无线电能传输。无线电能传输，简称WP■技术，是根据能量传输过程中中继能量形式的不同，在不使用导线连接的情况下通过电场等进行进行传输的新型技术。其主要包括：磁（场） 耦合式、电（场）耦合式、电磁辐射式（如太阳辐射）、机械波耦合式（超声）。其中，磁耦合式是目前研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。这项技术开创了人类通信的新纪元，基于能源供给而产生的无线电技术将会创造出人类能源史的新里程，其给大众带来的意义与影响也非同凡响。这项技术的使用具有以下的特点： 1 ）通用性电波的传输不需要导线进行连接一旦普及，将会使电子产品从导线的束缚中解脱出来，电器接口、兼容性的问题将得到解决，供电更方便，便捷人们的生活，提高人们的生活水平，提高人们的生活质量。 2）便携性、实用性目前的生活状况下实现无线电能传输依旧面临这挑战，但这项技术的推广，将会极大的提高传输的速度、传输

的量，对彻底解决人民生活中电力的供给问题提供有力的帮助，方便生活，提高效率。同时，对于目前很多缺乏或者无法布置电线造成的供电困难现象，无线电能传输的普及将会使这难题得到解决，紧急情况下快速地供电模式也是未来发展的必然趋势，例如加拿大等国开始尝试使用辐射式供电驱动的无人飞机作为电视转播台。 3）美观性不以导线连接的无线电能传输，将会推动电子设备的体积进一步的减小，电子设备的数据线将不再需要，便捷人们生活的同时，营造一种美观性。在能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电时代的普及，将能够有效解决家庭布线、家电固定化等破坏问题，节省铜、塑料等资源。 4）安全性无线电能传输技术的普及，将会消除电子设备接触产生的电火花、电火花可能引起的爆炸、插头损坏和接触不良等安全隐患。如使用无线充电技术的电动牙刷和电动剃须刀的防水性将进一步得到提高。 5）绿色性、永久性若空间太阳能发电实现真正的商业运作化，人类将能从太阳能得到巨大的能量，在能源不缺乏的基础上，无线电能传输将而真正解决能源问题，实现绿色能源，提高能源供给，解决能源危机，造福后代。 （2）磁耦合谐振式磁耦合谐振式，作为新的无线电能传输方式，主要工作原理是利用物理学的"谐振" 原理，两个振动频率相同的物体能高效传输能量。基于磁场谐振耦合的无线电力传输，实际上是将磁场作为传输的介质，当电源发送端的振荡磁场频率和接收端

无线电能传输装置设计报告

无线电能传输装置设计报告 摘要 磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节 能环保而受到广泛关注。现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。 关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率 一、设计任务 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。 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，调整负载使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。（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。 二、方案论证 驱动发射线圈电路 方案一 ：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。 其主要特点为：

无线电能传输

Frequency dependence of magnetic flux profile in the presence of metamaterials for wireless power transfer Boopalan G School of Electronics Engineering VIT University Vellore, Tamil Nadu, India boopalan@vit.ac.in Subramaniam C K School of Advance Sciences VIT University Vellore, Tamil Nadu, India subramaniam@vit.ac.in Abstract— We discuss the change in the magnetic flux profile by introducing a negative refractive index material (metamaterial) in between the source and receiver. The environment parameters, ε and μ , has a significant effect on the propagation of electromagnetic wave. The behavior of Transverse Magnetic (TM) wave when the medium in the path of propagation is changed to negative permittivity and permeability is simulated and discussed. The effect of size, shape and anisotrophy of the metamaterials, for near-field regions, on the magnetic flux density has been studied using finite element analysis. An enhancement in the magnetic flux density when a metamaterial is introduced in between the source and receiver was observed. The results show that the static and quasi-static behavior of the system is same. Keywords—metamaterials, quasi static, magnetic flux transverse magnetic I.I NTRODUCTION The idea of charging on the go is an exciting option for various high power applications like Electric Vehicle. Wireless power charging can be done by radiative or non-radiative processes. Use of microwave and optical frequencies falls into the radiative category while non-radiative process refers to the near-field domain. This concept was put forward by Nikola Tesla when he invented an apparatus for transmitting electrical energy wirelessly [1]. Later, with the advent of microwave transmission technology in 1960’s researchers dreamed power transfer from satellite space station to earth [2]. For short distances inductive coupling is very convenient [3-4]. The enhancement in coupling efficiency is obtained by replacing coils with resonators [5-7]. The efficiency can further be improved by introducing a negative refractive index material between the source and the receiver [8-12]. The negative refractive index material or metamaterial has the unique property of enhancing the evanescent as well as non-evanescent waves [10]. In this paper we present the magnetic flux density variations for quasi-static scenarios when a metamaterial is introduced in between the source and the receiver. The model used for simulation is a 2-dimensional one as we are interested only in the profile in that direction which is in the direction of propagation. II.T HEORY Our system consists of a source, receiver and a metamaterial as shown in fig. 1. The source is a circular loop of radius ‘a’ located in free space. The receiver is a point of interest ‘P’ where the magnetic flux density enhancement is observed. The metamaterial in between the source and the receiving point is a rectangular block which enhances the magnetic flux density at the point ‘P’. The transmitter is a single turn coil carrying current ‘I’ which in turn generates the magnetic field H in the surrounding medium. The magnetic field H at a distance ‘z’ from the center of the coil is given by I (1) The coil is fed with a current of ‘I’ amperes as given by the equation below I . (2) Fig. 1. Schematic of Wireless Power transfer y x z

无线电能传输系统报告.doc

摘要 随着电子产品的快速发展，越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活，为改善传统导线电路电能传输的弊端，给出了一种基于近距离无线电能传输原理的传输系统，而电磁谐振耦合无线电能传输技术正可以很好解决对距离有较高要求的这类问题。 本设计主要包括发射模块、传输模块和接收模块三大部分。首先由有源晶振产生1MHZ的方波，通过驱动IR2110及MOS管提高了交流信号，加强后的信号源经发送线圈通过磁耦合谐振感应到接收线圈，再经过半波整流和滤波后得到稳定直流电压,带动负载工作，即实现了无线电能的传输。在本实验中，我们采用单片机STC89C52控制液晶屏LC1602来显示负载短的的实时电压和电流值。 关键字：无线电能有源晶振驱动电路谐振半波整流 Abstract In this paper, With the rapid development of electronic products, more and more power cables on people's lives, to improve the disadvantages of traditional power transmission conductor circuit, presents a transmission system based on can close radio transmission principle, and the electromagnetic resonance coupling can radio transmission technology is very good to solve this kind of problem have higher request for the distance. This design mainly includes the transmitting module, transmission module and receiving module three parts. First 1 MHZ square wave generated by the active crystals, driven by IR2110 and MOS tube improve the signal communication, strengthen the signal source approved by the sending coil magnetic coupling resonant induction to the receiving coil, and after a half-wave rectifier and filter get steady dc voltage, drive the work load, which can realize the radio transmission. In this experiment, we adopt LC1602 STC89C52 MCU LCD screen to display the real-time voltage and current value of load short. Key words: radio can active vibration crystal driver circuit resonance half-wave rectifier

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。 方案二：使用两个IR2110对无线电能传输装置进行驱动，因其15V 下静态功耗仅116mW输出的电源端电压范围10～20V,工作频率高，可达500kHz，能够很好地满足线圈进行电能传输的需要。 考虑到线圈所需谐振频率较高，而三极管的通断不是那么灵敏，所以选择较为灵敏的场效应管，又考虑到电路的简便，则选择方案二。 1.2.3线圈的论证与选择 方案一：利用单层同心圆平面绕组，但其输出的频率很高对电容要求过高。 方案二：利用多层绕组。 考虑到多层绕组的频率相对稳定，它对谐振电容的要求较低，还有它对线圈的磁场干扰较小，并且它的电能传输效率能够达到标准，因此选择方案二。 1.2.4整流电路的论证与选择 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，很有可能会烧毁二极管，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。四只整流三极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流三极管接成电桥形式。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。 考虑到半波整流对电能的损失，我们选择的损失较小的全波整流，因此选择方案二。

无线电能传输系统设计

本科毕业论文（设计） 题目中短距离小功率 无线电力传输系统设计 指导教师张军职称讲师 学生姓名陈昂学号20091526102 专业通信工程（无线移动通信方向） 班级2009级无线移动通信1班 院（系）电子信息工程学院 完成时间2013年4月20日

中短距离小功率无线电力传输系统设计 摘要 移动互联网的井喷式繁荣，移动互联设备（MID）层出不穷的涌现，电池技术瓶颈的限制已难以满足人们的用电需求；物联网的深入发展，越来越广泛的网络节点能量供给等都要求更为先进的无线能量传输技术的发展，尤其是中短距离中小功率的无线电能传输的发展。两者共同昭示着无线电能传输光明的未来。 本文对无线电能传输（WPT）做出了简要但系统的介绍，并对其中的微波输能技术(MPT)做出了深入的探讨，在此基础上建立起了中短距离中小功率无线电力传输系统模型，即为MPT-MDSP式系统的模型。这种系统是由发射和接收两部分组成，发射部分用声表面波射频发生电路将DC转变成RF并通过特制天线辐射出去，接收部分再通过接收天线接收RF能量，用整流电路将RF转变成DC，供应用电设备。 关键词无线电能传输（WPT)/微波输能 (MPT) /天线

MIDDLE DISTANCE & SMALL POWER WIRELESS POWER TRANSPOTAION SYSTEM ABSTRACT The Wireless Power Transportation (WPT) shows a outstanding necessity in our today`s daily life .For one thing The Mobile Internet device (MID) comes out one after another because of The prosperity of Mobile Internet.The limitations of the technology bottleneck in battery capacity can not fit people`s requirement in these devises .For another the booming of Internet of Things brings large quantity of net nodes .These nodes cannot be charged easily.However,WPT will be the best way to solve this problem.Especially,the Middle Distance & Small Power Wireless Power Transportation System(WPT-MDSP) will plays a great role in these scopes. In this paper ,I made a brief but clear introduction of the WPT,and a thorough discussion in Microwave Power Transportation (MPT) ,which was used to leed to the applied system WPT-MDSP .This system contains two parts,the eradiation part and the Receive part .The first part works for changing Direct-current（DC）into R adiofrequency （RF）,the other does the converse work.Both of them are designed for exclusive use. They works together to charge the Electrical equipment. Key words Wireless Power Transportation (WPT)/ Microwave Power Transportation (MPT)/Antenna

无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文 本科毕业设计论文题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期2016年06月10日

浙江工业大学本科毕业设计论文电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名： 指导教师： 2016年6月10日

Dissertation Submitted to ZhejiangUniversity of Technology for the Degree of Bachelor Hardware Design of Wireless Power Transmission Equipment College of Information Engineering Zhejiang University of Technology June 2016

浙江工业大学 本科生毕业设计（论文、创作）任务书 一、设计（论文、创作）题目： 电能无线传输装置的硬件设计 二、主要任务与目标： 根据对电能无线传输装置的要求，设计相应的硬件线路。要求通过单片机控制开关元件，使LC电路发生谐振，实现电能无线传输的要求，并完成整机的调试。 三、主要内容与基本要求： 1.根据无线传输装置的要求完成相关硬件设计，选择合适的谐振电路形式，使无线传输的性能指标处于较好 2. 撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸等。 四、计划进度： 2015.12.20~2016.3.1 收集相关资料文献，学习相关软硬件基础知识；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案；2016.3.2~3.10 完成开题报告，参加开题交流；2016.3.11~4.30 完成电能无线传输装置的硬件设计，接受中期检查；2016.5.1~5.31 制作硬件线路，调试与改进，做出最终设计成品。撰写毕业论文初稿；2016.6.1~6.17 论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。 五、主要参考文献： [1] 傅文珍，张波，丘东元等.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计,中国电机工程学报[J].2009.6:21-26; [2] 翟渊，孙跃，戴欣等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析,中国电机工程学报[J].2012.4:155-160; [3] 于建阁，吕干云，吴张勇等. 基于松耦合变压器的小功率CPT系统, 电工电能新技术[J].2012.7:93-96。 任务书下发日期2015 年12 月20 日 设计（论文、创作）工作自2015 年12 月20 日至2016 年 6 月20 日 设计（论文、创作）指导教师 系主任（专业负责人） 主管院长

2018Multisim仿真无线电能传输项目设计

无线电能传输项目设计

一 预备知识 (一)项目设计的目的: (1)在实践中对现代电工技术的理论知识做进一步巩固; (2)锻炼对综合运用能力。 (二)实验内容与要求: 在不采用专用器件(芯片)的前提下,设计一个非接触供电系统。原理电路如 下图所示,实现对小型电器供电或充电等功能。 (三)要求 用仿真软件对电路进行验证,使其满足以下功能: (1)供电部分输入36V 以下的直流电压,具有向多台电器设备非接触供电的 功能。 (2)在输出功率≥1W 的条件下,转换效率≥15%,最大输出功率≥5W 。 (3)设计报告必须包括建模仿真结果 (4)利用multisim 生成PCB 板 D 功放 AC/DC 耦合线圈 耦合线圈 振荡器 充电电路 电源

二无线电能传输技术 (一)无线能量传输技术介绍 根据电能传输原理,可将 WPT 技术分为三种:射频或微波 WPT、电磁感应式WPT、电磁共振式 WPT,下面分别予以介绍。 1微波无线能量传输 所谓微波 WPT,就就是以微波(频率在 300MHz-300GHz 之间的电磁波)为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。利用微波源将电能转变为微波,由天线发射,经长距离的传播后再由天线接收,最后经微波整流器等重新转换为电能使用。 微波频率传输所具备的“定向、可穿透电离层”等特性,使得该能量传送方式早在20世纪60年代初期就受到人们的关注,并在远程甚至超距能量传输场合有着重要的应用价值。微波WPT主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距输电场合,其中卫星太阳能电站作为人类应对能源危机的有效策略已成为美国、日本等国大力发展的重要航天项目。 目前,限制微波 WPT 技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线以及大功率微波电磁场的生物安全性与生态环境的影响问题。然而,由于工作频率高、系统效率较低,微波 WPT 并不适合于能量传输距离较短的应用场合。 2电磁感应式无线能量传输 电磁感应式 WPT 就是基于电磁感应原理,利用原、副边分离的变压器,在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术,典型的应用包括新西兰国家地热公园的 30kW 旅客电动运输车、Splash power 公司的无线充电器等。可以瞧出,无论就是小功率的消费类电子产品还就是大功率 EV 无线供电系统,电磁感应式 WPT 技术都可有效实现无线供电。 然而,电磁感应式 WPT 仍存在一系列问题:传输距离较短,距离增大时效率急剧下降;传输效率对非接触变压器的原、副边的错位非常敏感等等。

无线电力传输技术

无线电力传输技术 无线电力传输技术 人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一线曙光。 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·史密斯（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%。 大刘在《三体II·黑暗森林》中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大部分电器都可以采用无线方式来供电，从电热杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。 正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经出现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。 好兆头 英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。 2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。 新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃起了希望。而它的关键在于“共振”。 科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。我们都听过诸如共振引起的铁桥坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯的故事。无论这些故事可信度如何，但它们的基本原理是正确的：两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。 最妙的就是这一点了。当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，

无线电能传输技术

所谓无线电能传输，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。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样即造成了浪费，也形成了对环境的污染。而在特殊场合下，譬如矿井和石油开釆中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很困难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理。 1无线电能传输技术的发展历程 最早产生无线输能设想的是尼古拉?特斯拉(NikolaTesla),因而有人称之为无线电能 传输之父。1890年，特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现。 其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20 年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，乂称为八木一宇田天 线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布iM(W.C.Brown)做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2.45GHz的微 波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs—Pt 肖特基势垒二极管，用铝条构造 半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8 W,获得了90.6%的微波一一直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45 GHz时效率达到了85%o 自从Brown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975 年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5 ail'划。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1.6 km,微波一一直流的转换效率达83%。1991