基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究

基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究

雷明

（辽宁屹安智能科技有限公司辽宁沈阳110000）

摘要：本文分析和设计了一种基于磁耦合谐振的的无线电能传输系统，并对无线电能传输的技术进行了分析和阐述，分析其中存在的优势特征，并对磁耦合谐振的的无线电能传输的传输距离进行粉分析并研究该系统传播的效率。本文就无线电能传输系统进行了相应的实验和测试，实验的结果表明，在当系统达到了一定传输效率时，能够实现最优化的系统设计，并对理论分析的有效性进行了相应的验证。

关键词：磁耦合谐振，无线电能传输系统

前言

无线电能传输的概念在19世纪就出现了，当时是由尼古拉•特斯拉提出的，并在1902年申请了相关的技术专利，后面许多科学家对此展开了研究，并取得了一定的成果，然而在距离方面始终没有获得突破性的进展。根据无线电传输装置技术的原理，无线电传输方式主要氛围电磁波式、电磁感应式和磁耦合谐振式三种传输技术。其中电磁波式的无线电能传输技术的实质是利用微波来代替传统的输电装置，然后根据该技术的特点，对传输距离比较长且视距较长和视距传输以及传输方向受限的内容进行分析。当空气中的无线电传输出现较大损耗时，对周边的环境会带来较大的影响。

一、耦合谐振的的无线电能传输技术原理

（一）磁耦合谐振原理

磁耦合谐振指的是载流线圈之间经过各自磁场之后相互联系的物理现象。在靠近磁场的区域，电磁场的能力辐射源内部和辐射的原因是周围空间周期性的流动，并不断的由内向外辐射，出现非辐射性的磁耦合的效应，并且辐射不会向外，属于非辐射性的磁耦合。磁耦合谐振的无线电传输技术主要是利用磁耦合谐振技术来促进无线传输效率的提升，它的理论基础是磁耦合谐振，在某一个确定的频率下，两个相同的磁耦合谐振在物体之间产生了较为强烈的磁耦合，并且可以实现较好的转移。依据电路伦理的知识运算，影响系统传输功率、传输效率的因素包含了谐振补偿电容、品质因素、谐振线圈参数和谐振频率、负载电阻等，通过谐振理论来对系统的传输效率进行计算和研究，得出影响系统传输性能的内在联系，并进行进一步的优化。本文从电能到电源侧到负载侧进行非接触式的传输，与传统供电方式相比，它表现了系统的优越性，主要体现在电能传输不需要导线，而具有安全、稳定和传输方向不受限制的优势。电磁传输的过程不受到非磁性干扰物的影响，其对介质的依赖不断降低，该装置系统受到了较为广泛的关注。

（二）基于磁耦合谐振的无线电能传输系统模型

在磁耦合谐振技术原理作用下，发射端与接收端的LG谐振线圈回路，高频去的驱动两大模块组成，在谐振系统中，通过对高频驱动型号相关参数来控制开关管和通断，从而使电源在高频型号驱动控制下，适时的向发射端LC提供能量。发射端与接收端经过LC谐振线圈转变为接收的能量。电能在被传输到接收端时，对应的电路模型发生了相应的变化，电源朝着发射端LC注入高频脉冲电流，当MOS管关断时，发射端LC谐振线圈问路A点悬空，流过电阻R，此时发射端的LC谐振线圈问路是一个串联的回路。

二、磁耦合谐振无线电能传输的基本结构与工作原理

（一）磁耦合谐振式无线电能传输系统的整体构成

本系统包括了高频率的电源端，谐振耦合回路，负载接收端三个部分，其中也包含了高频电源端，如工频交流电源、整流滤波电路、高频谐振逆变电路。在系统工作时输入端首先将工频交流电的输出进行高频正弦型号供给谐振耦合回路。通过谐振补偿电路发射和接收线圈的固有频率，通过磁场共振强耦合将电能传输送到接收线圈中，最终能够实现电能的无线传输装置。

（二）工作原理

磁场耦合式的无线电能传输包含了电磁感应式以及磁耦合谐振式两种电能传输的方法。耦合谐振的无线电传输装置作为无线电能传输的特例，与电磁感应式的不同之处在于系统具有频率相同的两个收发线圈，两个收发线圈之间产生谐振，此时谐振耦合回路的阻抗比较下，发射端的大部分能量通过谐振耦合传递给负载。系统能量转换的方式是电场能、磁场能和电场能，高频电源端产生相应的高频输入型号，通过谐振电容后发射线圈进行电磁的转化，通过中高频的磁场，收发线圈之间产生共振频率。最后经过接收线圈谐振回路进行磁电变化为负载供电的形式，为实现电能无线传输功能打下了基础。从能量流动的观点出发，分析两线圈结构电能传输原理，两个线圈结构能量在不断的流动。电源给发射线圈供电，其频率为系统谐振频率。

三、磁耦合谐振无线电能传输系统传输公路和传输效率

经过实验和分析，可以发现谐振评论为90KHZ时的磁耦合谐振无线电能传输系统，通过实验可以验证磁耦合谐振无线电能传输系统传输公路和传输效率分析的正确性。

（一）传输距离与传输公路的关系

为了验证传输距离与传输功率和效率之间的关系，固定的传输距离d为3厘米，负载的阻值为100欧时，数据经过曲线相拟合，右边纵轴的传输效率曲线坐标相同。脉冲驱动型号占孔壁在不断的增加，说明电源发射的谐振线圈回路提供的能量在不断的增加。在靠近磁场区域的强度在不断的增强，最终供给负载的功率在不断的变大。当功率值在不断的增加，传输的效率在不断的提升。当发射端的波形出现了畸形变化时，谐波平衡的状态就失去了，传输的效率也在不断的下降。驱动占空比的调节应根据传输功率与传输效率两个方面的因素进行综合的考虑，并实现传输效率和功率的优化。

（二）无线电传输主要应用的领域

无线电能传输应根据类型的成分来进行划分，ICPT应用的领域主要有电汽车、太阳能电站和原子能电站，RFPT主要应用的领域是医疗的心脏起搏器电池充电，日常便携式的电子产品在进行充电时，挪威的海德鲁公司在研发ICPT技术的专用充电装置。该装置通过车身光学对人体感应系统，通过汽车的智能识别系统，将充电器的插座与插头进行匹配。在医疗电子领域的应用中，通过RFPT技术的应用，通过体外无线充电发射装置与体内电池接收装置两个线圈之间进行电磁与能量的传输，它主要包括皮能量传输与直接能量传输，能够减少病人拆装电池的痛苦。当前便携式的电子产品在应用上偏向于充电器的使用，通过无线电充电技术，受到充电距离、充电速度和电池寿命的影响，当前市场上已经有了多家公司在进行产品的加工，在无线供电的电子设备领域，无线电的应用范围较为广阔。

四、无线电能传输系统发展的前景

无线电能传输技术的应用受到了世界各国的重视，尽管无线电技术的发展得到了经济和技术上的支持，在无线输电技术领域，无线电的应用刚刚起步，无线电能的传输技术将会推动WPT领域的电子应用和便携化，从而能够增强了人类生活的品质。电能能源的利用与电网的设计，能够开辟出新的无线电传输系统应用新途径。

结语

基于磁耦合谐振原理的非接触能量传输技术取得了一定的发展成就，但是就传输技术的研究方面，研究还没能够充分的体现，实际的应用还在普及的阶段，磁耦合谐振无线电传输系统仍然存在K磁耦合谐振的能量传输技术理论层面，缺乏完善的系统分析与设计功能，并且也缺乏相对成熟的参数选定标准。系统磁场在工作时会受到健康的侵扰，给环境带来隐形的污染因素，例如磁污染，使自然环境遭到了破坏。

参考文献

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