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
电能无线传输装置的硬件设计
摘要
无线电能传输技术是通过电磁感应、磁耦合谐振、电磁辐射等多种形式实现非接触式的新型电能传输方式。其中磁耦合谐振式无线电能传输技术因其传输距离适宜、效率较高受到了广泛的关注。
本文对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行了硬件设计，并通过对比实验探究此系统的距离特性及效率特性。最后通过对实验数据的分析，提出一些提高传输距离和传输效率的方法。主要内容如下：
（1）首先概述了无线电能传输的研究现状以及发展前景。
（2）通过对磁耦合无线电能传输的理论分析，设计了驱动电路、整流接收电路、辅助电源电路等，并附上原理图及实物图。
（3）通过对比实验的方法，研究了发射及接收线圈参数相同时，传输距离与线圈匝数、线圈直径、线圈线径径、电容大小之间的关系，以及传输效率与以上参数的关系。
（4）通过对实验数据的分析，提出一些提高传输距离和传输效率的方法。
关键词：无线电能传输；磁耦合；传输效率；传输距离
HARDWARE DESIGN OF WIRLESS POWER
TRANSMISSION EQUIPMENT
ABSTRACT
Wireless Power Transmission(WPT) technology is non-contact new electric transmission way through various ways such as electromagnetic induction, magnetic resonance coupling, electromagnetic radiation and so on. Among them, the magnetic coupling resonance type radio transmission technology has received extensive attention because of its suitable transmission distance and high efficiency.
In this passage, the hardware design of magnetically coupled resonant wireless power transmission system is stated.And we use the comparative experiments to explore the distance characteristics and efficiency characteristics of the system.Finally, according to the analysis of the experimental data, some methods are put forward to improve the transmission distance and transmission efficiency.The main contents are as follows.
Ⅰ. First of all, the research status and development prospects of wireless power transmission are summarized.
Ⅱ. Through the theoretical analysis of the magnetic coupling radio transmission, the driving circuit, the rectifier receiving circuit, the auxiliary power supply circuit are designed, and the schematic diagram and the physical map are attached.
Ⅲ.On condition of the transmission and the receiving coil parameters being the same,the relationship between the number of coils, the diameter of the coil, the diameter of the coil, the size of the capacitor, and the transmission distance ,and the relationship between the transmission efficiency and the above parameters are mentioned by comparative experiments.
Ⅳ. some methods are put forward to improve the transmission distance and transmission efficiency
Key Words:WPT，magnetic coupling，transmission efficiency，transmission distance
目录
摘要........................................................................ I ABSTRACT .................................................................. II 第1章绪论.. (1)
1.1 课题研究背景及意义 (1)
1.2 无线电能传输方式 (2)
1.2.1 电磁感应式 (2)
1.2.2 磁耦合谐振式 (3)
1.2.3 电磁波辐射式 (3)
1.3 无线电能传输国内外研究现状 (4)
第2章磁耦合谐振式无线电能传输原理 (6)
2.1 传输原理 (6)
2.2 磁耦合 (6)
2.3 电磁感应定律 (7)
2.4 谐振频率 (7)
第3章磁耦合谐振式无线电能传输装置的硬件设计 (8)
3.1 传输装置方案整体设计 (8)
3.1.1 整体方案设计 (8)
3.1.2 发射模块 (8)
3.1.3 整流接收模块 (10)
3.2 传输装置的硬件线路设计 (10)
3.2.1 线圈设计 (11)
3.2.2 驱动电路设计 (11)
3.2.3 整流接收电路设计 (12)
3.2.4 辅助电源电路设计 (13)
3.2.5 单片机控制回路设计 (14)
3.3 本章小结 (15)
第4章磁耦合谐振式无线电能传输装置优化改进 (16)
4.1研究实验总体介绍 (16)
4.2 传输距离特性实验 (18)
4.2.1 线圈匝数对传输距离的影响 (18)
4.2.2线圈直径对传输距离的影响 (19)
4.2.3 线圈线径对传输距离的影响 (21)
4.2.4电容参数对传输距离的影响 (23)
4.3传输效率特性实验 (24)
4.3.1线圈匝数对传输效率的影响 (25)
4.3.2 电容参数对传输效率的影响 (26)
4.3.3 线圈直径对传输效率的影响 (27)
4.3.4 线圈线径对传输效率的影响 (27)
4.4 本章小结 (28)
第5章结论与展望 (30)
5.1 结论 (30)
5.2 展望 (30)
参考文献 (32)
致谢............................................. 错误！未定义书签。
第1章绪论
1.1 课题研究背景及意义
人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。
实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响。下面将阐述无线电能传输的各种优点：
方便性：现在的电子数码产品发展迅速，相信每个人出门都会带上一堆数码产品，MP3、MP4、相机、手机等等。但是问题也来了，每个数码设备都要配备一个充电器和数据线，不仅携带不方便，而且乱糟糟的线容易弄乱，还会影响旅行的心情。如果有了无线电能传输，出门时只需携带一个充电座垫作为电能接收装置，就可以对不同设备进行充电，因为当无线电能传输技术普及了之后，无论哪里都会有无线电能的发射端口。这样是不是方便很多呢？
通用性：现在的电子产品充电供电由于存在不同品牌、不同接口充电器不兼容的问题，需要携带各种杂乱的电源适配器和数据线。无线供电技术一旦普及,这个问题就能得到很好的解决。消费者只需携带一个小小的充电器垫，甚至酒店、餐馆等地已为客人准备好充电器垫，将可一举解决令人头疼的充电器不兼容问题。美观性：如今，无论在哪里，一团团或者一条条的电线随处可见，本来精致的墙
纸配上一部高档的液晶电视是再美不过了，但因为几条电缆就破坏了整体的美观。还有摆设整齐的桌上碍眼的几根数据线，幽美的公园里出现的输电线缆，都大大破坏了事物的美感。若无线电能技术的到发展和普及，这样的情况就会大大减少，我们的周围会增添不少美丽。
应急性：在沙漠、海岛、北冰洋和偏僻的山村等缺乏或无法连接输电线的地方，无线供电也能发挥巨大作用。另外，还可解决传统供电中的一些特殊问题，例如，美国的研究者曾设想在高速公路的沿线设立各种微波发射台,为沿途的汽车提供不断的能源供应，加拿大等国也开始尝试用电磁辐射式无线供电的无人机作为电视转播台。因此，在将来，无线供电还可成为一种特殊、紧急的供电方法。
安全性：相信每个人都有这样的经历，插拔插头时冒出电弧，这样是十分不安全的，还会引起充电头的老化和损坏。无线供电就可已避免经常性的插拔插头引起的插头损坏、接触不良等安全问题；电子设备的外壳上可省去金属接点和电气开口,可消除接触可能产生的电火花,从而避免电火花可能引发的爆炸；同时电子产品的防水性及密封性将进一步增强。着在医疗仪器方面也将带来益处，因为电池供电的医疗设备的防水性能将得到提高,且更易于消毒.
1.2 无线电能传输方式
根据传输原理的不同，无线电能传输方式可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。
1.2.1 电磁感应式
电磁感应式电能传输的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。图1-1是电磁感应式无线传能系统的原理框图。原边线圈中的高频交流在整流滤波以获得直流电能之后，工频交流电源通过高频逆变器实现逆变。经过逆变产生的高频交变电流，注入一次侧的原边线圈。原边线圈中的高频交流电所产生的磁链Φ，与二次侧的副边线圈交链，进而产生了感应电动势。通过高频整流以及直流斩波等调节电路之后，该感应电动势即可向负载提供适当参数的直流电[6]。
图1-1 电磁感应式无线传能系统的原理框图
电磁感应式系统主要由以下3部分组成：①能量发射装置②可分离变压器③能量接收装置。其中，可分离变压器是关键。它对实现大气隙下的能量在原、副边线圈之间高效传输，起了决定性作用。优质的可分离变压器，必须具备漏感小，耦合系数高等特点[7]。
电磁感应式系统由以下特点：①存在较大气隙，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；②较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高；③传输距离较短，多用在mm级。
1.2.2 磁耦合谐振式
磁耦合谐振式（又称WiTricity技术）是由麻省理工学院物理系、电子工程系、计算机科学系，以及军事纳米技术研究所的研究人员提出的。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。
这种传输方式的特点是：利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性；中等距离传输，传输效率高；能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响；传输效果与频率及天线尺寸关系密切。
1.2.3 电磁波辐射式
电磁辐射方式，即先利用天线将微波发射到空间，再由接收天线接收的能量传输方式。其原理类似于早期使用的矿石收音机。发射端使用微波功率源将直流电转化为微波能量，空间中的微波能量通过整流天线转换为直流功率，为负载供电。这种技术的关键，在于发射源、发射天线以及接收整流天线。发射源需微波功率源，如磁控管、速调管和行波管，通过注入锁相技术，以实现频率锁定及相
位锁定，从而获得更高的效率。发射天线需具备高聚焦和定向的能力，有助于提高效率。整流天线技术又是提高微波传输效率的另一关注点[8]。
这种传输方式的特点是：①传输距离远，频率越高，传播的能量越大。在大气中能量传递的损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响；②微波是波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波，容易对通信产生干扰；③能量束难以集中，能量散射损耗大。
1.3 无线电能传输国内外研究现状
19世纪30年代，迈克尔·法拉第提出电磁感应定律，即穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中会有电流产生。19世纪90年代，被称为无线电能传输之父的尼古拉·特斯拉第一次提出无线电能传输的构想，并于1899年演示了无导线的高频电流电动机，但出于效率与安全的考虑，这一技术就此搁置[9]。20世纪20年代，日本的H.Yagi和S.Uda发明了八本·宇田天线，可用于无线电能传输的定向。20世纪60年代，雷声公司（Raythheon）的布朗（W.C.Browm）设计了一种半波电偶极子半导体二极管整流天线，此天线效率高且结构简单，由此完成了32.45GHz微电波驱动直升机的实验[10-11]。后来，他又进行了室内微波能量传输实验，实现了90%的微波-直流能量转换效率。
自Brown的实验成功以后，无线电能传输技术引起了广泛的关注。1968年，Peter Glaster提出通过构建太空太阳能为地球无线传输能源的设想。1975年，在美国宇航员的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5a计划。近几年，无线电能传输技术的发展更为迅猛。2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾西克（Marin Soljacic）等人在无线电能传输方面取得新进展，他们用两米外的一个电源，“隔空”点亮了一盏60w的灯泡[10-11]。2009年，TI和Fulton（eCoupled技术）公司合作开发用于控制非接触式充电的电源芯片。2011年，在东京举行的安防用品会展上，松下集团推出了一款无线充电的太阳能电池板。2012年，Lockheed Martin公司研发出激光无线充电系统。
无线能量传输技术在国内的起步较晚。1994年，电子科技大学的林为干院士第一次将微波输能技术引入到国内。之后，中科院电工所进行了相关的理论研究。1998年，上海大学利用微波输能实现了对管道机器人的供能。2001年，西
安石油学院的李宏发表了第一篇关于感应电能传输技术在感应电机机车上应用的可行性的文章。同年，重庆大学孙跃教授开始对无线电能传输技术的研究，且重庆大学与新西兰奥克大学展开了合作，进行更深层次的学术交流。2003年，重庆大学郑小林、皮喜田等对无线电能传输用于体内诊疗装置进行了研究。2007年，孙跃教授研制出了感应耦合无线输电装置，可同时向多个设备实现600到1000W的电能传输，效率高达70%。2009年四川大学使用平面天线和接收整流阵列，实现200m的长距离无线电能输送实验[12]。2013年3月中科院上海微系统所实现了0.6m距离的磁共振耦合能量传输，效率达50%。随着技术的成熟与进步，越来越多的科研机构及高校开始了关于无线电能传输技术的研究。研究进一步深入，研究领域也逐渐扩大。
1.4 本文主要研究内容
本文介绍了重点研究的是无线电能传输装置的硬件设计，设计了一种可以实现无线电能传输的方案，并对它的优化改进做了详细的对比实验探究。具体章节安排如下：
第一章概述了无线电能传输的研究现状以及发展前景。
第二章对磁耦合无线电能传输的原理进行了分析。
第三章对磁耦合谐振式无线电能传输装置的硬件设计做了详细介绍，设计了驱动电路、整流接收电路、辅助电源电路等，并附上原理图及实物图。
第四章通过对比实验的方法，研究了发射及接收线圈参数相同时，传输距离与线圈匝数、线圈直径、线圈线径径、电容大小之间的关系，以及传输效率与以上参数的关系。并通过对实验数据以及实验图表的分析，提出一些提高传输距离和传输效率的方法。
第五章对全文进行总结，并本文尚未解决的问题进行了展望。
第2章磁耦合谐振式无线电能传输原理
2.1 传输原理
图2.1为磁耦合谐振式无线电能传输系统的框图。该系统主要是由能量发射端及能量接收端组成。能量发射端以直流作为功率输入，经过逆变后形成了高频激励源，使与之直接相连的源线圈产生谐振，且在源线圈的周围形成了交变磁场。发射线圈通过感应源线圈的交变磁场与之形成共振。这样，能量就通过源线圈传送到发射线圈，再经发射线圈传递出去。能量接收端有两个线圈，分别是接收线圈和负载线圈。接收线圈在收到发射线圈传递过来的能量后，再传送给负载线圈。负载线圈之后连接能量变换电路，使高频交流功率转换成直流功率，供给后面的用电负载使用[13]。
图2-1磁耦合谐振式无线传能系统框图
2.2 磁耦合
一个线圈的电流变化在相邻的线圈产生感应电动势,它们在电的方面彼此独立,之间的相互影响是靠磁场将其联系起来的,这种现象称为磁耦合。能量传输的效率和传输的距离主要取决于耦合的效率。自感磁通链和互感磁通链两部分相加即是耦合线圈中的磁通链，耦合线圈的磁通链与施感电流呈线性关系，是各施感电流的磁通链叠加得到的结果。若两个耦合电感，L1和L2中有变动电流，各电感中的磁通链将会随着电流变化而变化[14]。设耦合电感L1和L2的电压和电流，分别为1u、1i和2u、2i，且方向都为关联参考方向，互感是M，则两个耦合电感的电压、电流的关系为：
t i M
t i L u t
i M t i L u d d d d d d d d 1
2222
11
1±=±=（2-1）
耦合系数定量地描述了两个耦合线圈的耦合紧疏程度，用k 表示，有
12
1def
≤=
L L M
k （2-2） k 的大小，与两个线圈的相互位置、结构以及周围的磁介质有关系。调整或改变他们的相互位置，可以改变耦合因数的大小；当L 1和L 2一定，也就相应改变了互感M 的大小。
2.3 电磁感应定律
在磁耦合无线电能传输系统中，线圈之间的耦合在电磁感应原理的基础之上。法拉第电磁感应定律。即当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中将产生感应电动势，产生的电流称为感应电流。且感应电动势的大小与穿过磁通量的变化率成正比。
2.4 谐振频率
谐振频率是磁耦合谐振无线电能传输系统中的一个非常重要的指标。提高线圈的谐振频率，增大谐振线圈之间的互感，减小谐振线圈的内阻，是提高系统传输能效的关键举措[15]。但因为趋肤效应，提高谐振频率会使增大线圈内阻，因此，谐振频率并不是越大越好。怎样选取谐振振频率，使系统的传输能效达到最大，是磁耦合无线电能传输系统下一步需要解决的问题
第3章磁耦合谐振式无线电能传输装置的硬件设计
3.1 传输装置方案整体设计
3.1.1整体方案设计
系统由发射装置电路、接收装置电路、单片机控制部分、驱动电路、辅助电源电路和整流电路组成，如图3-1所示。主电路输入直流电压，电能通过发射装置发射出去，接收装置接收后通过整流电路将电能提供给负载。控制电路由单片机控制系统组成，单片机产生PWM信号，控制开关管的导通和截止。单片机可通过按键来进行调节频率，寻找谐振点，且通过A/D 对输入电流进行采样，并通过液晶屏显示当前的工作频率、输入电流、PWM波占空比等。
图3-1系统整体框图
3.1.2 发射模块
发射模块主要功能是将输入的直流电流进行逆变，成为高频交流电，再通过LC谐振将电能发射出去。当设计发射电路时，有以下几种方案：方案一：采用桥式串联谐振电路，电路由直流电源Vcc、四个开关管以及串联LC 谐振网络组成。其原理图如图3-2所示。
图3-2 桥式串联谐振电路原理图
电路正常工作时需要两个相位相反的驱动脉冲分别控制两组开关管。T1和T4开关管由一个驱动脉冲控制，T2和T3开关管由另一个驱动脉冲来控制。此设计电源利用效率高，但是采用四个开关管，结构复杂，体积较大，成本较高，控制复杂而且驱动电路复杂，导通损耗也相对较大。并且不能出现同一桥臂的开关管同时导通，因此对同一组开关管参数的一致性要求高。
方案二：采用D类功率放大电路发射，其电路原理图如图3-3所示。
图3-3 D类串联谐振电路原理图
T1和T2为两个参数相同的开关管，L和C为输出端的串联谐振回路。加在开关管上的驱动信号相差180°，驱动信号采用矩形波，因为其激励效率更高。半桥发射电路由于只需要两个开关管，体积相对较小、结构简单并且控制较容易。而且输出功率也不会太低。
比较上述两种方案，综合考虑实验条件和可能性，方案二更简便，更易实现，较符合实际情况。因此，选择方案二。
如图3-4为发射电路的初步设计方案。
图3-4 发射电路原理图
电路中，加在开关管上的驱动信号为互补的方波，为防止两管同时导通，两方波之间加有死区时间。当T1管闭合时，T2管断开，选频网络及负载上的电压为电源电压Vcc减去T1管的饱和压降；当T1管断开，T2管闭合时，选频网络及负载上的电压为T2管的饱和压降。由于输出回路的选频作用，输出电压就是正弦波的电压，频率为驱动信号的基频[16]。当开关频率调节到与谐振频率相差不多时，LC串联回路发生谐振。
3.1.3 整流接收模块
方案一：单向半波整流电路，半波整流是一种利用二极管的单向导通特性来进行整流的常见电路，除去半周、下半周的整流方法。
方案二：单向全波整流就是对交流电的正、负半周电流都加以利用，输出的脉动电流，是将交流电的负半周也变成正半周
方案三：桥式全波整流利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通。
桥式全波整流电源利用率高，输出的直流电压较高.输出电压脉动小，正负半周均有电流流过[17]，所以采用桥式全波整流电路的效率相比其他两种电路最高，在体积相同的情况下，功率容量最高，因此其总体性能优于单向半波和单向全波整流电路。所以该系统采用桥式全波整流。
3.2 传输装置的硬件线路设计
如图3-5为发射与接收电路原理图。L1、L2和C1、C2分别为参数相同的线
圈和谐振电容。
图3-5 发射与接收电路原理图
由公式
221121
21C L C L f ππ=
=
（3-1）
可以算出谐振频率的理论值，据经验，与实际值差别不会太大。 3.2.1线圈设计
在无线电能传输装置中，线圈是一个非常重要的部分。线圈设计的好坏直接关系到装置的性能与质量。因此首先确定自制电感的线圈结构。线圈结构主要有平面螺旋型和空心圆饼型。实验中分别采用了圆饼-圆饼型、螺旋-圆饼型、螺旋-螺旋型三种不同线圈形式。发现三种情况传输效率基本相同，圆饼-圆饼型传输效率略高。而且圆饼型线圈制作简单，螺旋型线圈制作耗时费力，最后系统采用圆饼-圆饼型电路 3.2.2驱动电路设计
如图3-6所示为驱动电路原理图。驱动芯片采用IR2110，IR2110栅极驱动电压范围10~20V ,输出短路电流2A/2A 。该芯片输出电流较大，驱动能力较强。IR2110的输入为单片机的控制信号，其输出信号直接控制开关管。Q 1和Q 2为两个参数相同的开关管，加在开关管上的驱动信号为互补的方波，为防止两管同时导通，两方波之间加有死区时间。当Q 1管闭合时，Q 2管断开，选频网络及负载上的电压为电源电压Vcc 减去Q 1管的饱和压降；当Q 1管断开，Q 2管闭合时，
选频网络及负载上的电压为Q 2管的饱和压降。
功率场效应晶体管（power MOSFET ）具有开关速度快、低导通阻抗、驱动
图3-6驱动电路原理图
电路简单和和所需驱动功率小的优点，故选此作为开关管。在这里选用75N75，它的开关速度快，内阻较小(ON) = 12.5m?。
如图3-7为驱动电路实物图
图3-7驱动电路实物图
3.2.3整流接收电路设计
由上文分析，整流接收电路采用桥式整流，其电路图如图3-8所示。
Mos 管驱动芯片IR2110
Mos 管
75N75
连接发射线圈
15V 直流电源输入
本科毕业设计论文 开题报告 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
电能无线传输装置的硬件设计 姓名：专业班级： 1 课题研究背景及意义 人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。 无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。
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。
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：
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
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
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。
无线电能传输装置电路原理分析 一、发射端 1.H桥工作原理及驱动分析 要控制线圈内产生交流信号，需要给线圈提供正反向电压，这就需要四路开关去控制线圈两个输入端的电压。H桥驱动原理等效原理图图如图3-5所示，当开关S1和S3闭合时，电流从线圈左端流向线圈的右端；当开关S2和S4闭合时，电流从线圈右端流向线圈左端。 图3-5H桥驱动原理等效电路 图 常用可以作为H桥的电子开关器件有继电器，三极管，MOS管，IGBT管等。普通继电器属机械器件，开关次数有限，开关频率上限一般在30HZ左右，而且继电器内部为感性负载，对电路的干扰比较大，但继电器可以把控制部分与被控制部分分开，实现由小信号控制大信号，所以高压控制中一般会用到继电器。三极管属于电流驱动型器件，设基极电流为I B，集电极电流为I C，三极管的放大系数为β，电源电压VCC，集电极偏置电阻R C，如果I B*β>=I C,则三极管处于饱和状态，可以当作开关使用，集电极饱和电流I C=VCC/R C，由此可见集电极的输出电流受到R C的限制，不适合应用于电流要求较高的场合。MOS管属于电压驱动型器件，对于NMOS来说，只要V DS≥V GS-V T即可实现NMOS的饱和导通，MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电，对MOS管驱动端要求不高，同时MOS端可以做到很大的电流输出，因此一般用于需要大电流的场所。IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件，一般用于高压控制电路中。综合考虑，本设计选用了4只NMOS管组成H桥，其具有导通电阻R DS小，，电流I D大等优点。NMOS组成的H桥模型如图3-6所示。
无线电能传输装置F题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
成都工业学院 毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置 设计时间：2015.2.05—2015.5.18 系部：电气与电子工程系 专业：供用电技术 班级：1202161 姓名：刘佳福 指导教师： 目录
任务书 1.任务 根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，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。 图1电能无线传输装置结构框图 2.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，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置 的效率η。（45分） （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。（45分） （3）其他自主发挥（10分） （4）设计报告（20分） 3.说明
（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。 （2）I2=应为连续电流。 （3）测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。 （4）在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率22 11100% U I U I η=?。（5）制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。 摘要 随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。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（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%。本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED灯正常发光。 关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离 无线电能传输装置装置 1系统方案 1.1系统总体思路 根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，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，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。 经过几天的测试，制作出了传输效率达63.1%，线圈之间的距离x的值最大为 31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。
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
Open Journal of Circuits and Systems 电路与系统, 2018, 7(4), 126-133 Published Online December 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/1a16801050.html,/journal/ojcs https://https://www.doczj.com/doc/1a16801050.html,/10.12677/ojcs.2018.74016 Study and Design of a Low Power Wireless Power Transfer System Jian He, Xiaoqing Ou, Yu Wang, Wei Peng, Minsheng Yang* School of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Arts and Sciences, Changde Hunan Received: Nov. 26th, 2018; accepted: Dec. 10th, 2018; published: Dec. 17th, 2018 Abstract A wireless power charging system is proposed in this paper. Based on the theory of electromag- netism induction, the power transfers from source coil to load coil without metallic contact. The designed system includes the following components: Voltage transformation, rectifier filter, vol-tage stabilization, PWM, transmission and reception. The designed device could be moved without limit and the design of the circuit is relatively simple and very easy to achieve. As the experimental results show, with an air gap of centimeter level, the transfer efficiency is up to 70%. Keywords Wireless Charging, Electromagnetic Induction, Transmission Efficiency 一种简易型小功率无线电能 传输系统的研究与设计 何建，欧晓晴，王宇，彭伟，杨民生* 湖南文理学院电气与信息工程学院，湖南常德 收稿日期：2018年11月26日；录用日期：2018年12月10日；发布日期：2018年12月17日 摘要 本文设计了一种基于电磁感应原理的无线充电系统，电磁感应耦合充电可以实现电能从电能发射侧到电能接收侧的无线传输。基于这种方式的无线电能传输系统主要有六个部分，包括变压、整流滤波、稳压、*通讯作者。
无线电力传输技术的发展 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。
成都工业学院 毕业设计论文 课题名称：无线电能传输装置 设计时间：— 系部：电气与电子工程系 专业：供用电技术 班级： 1202161 姓名：刘佳福 指导教师：
目录 1系统方案.......................................................................... IV 系统总体思路................................................................... IV 系统方案论证与选择............................................................. IV 信号发生方案选择........................................................... IV 驱动电路方案选择........................................................... IV 整流电路方案选择............................................................ V 总体方案设计.................................................................... V 2理论分析与计算.................................................................... VI 发射模块分析与计算............................................................. VI 信号发生电路原理分析与计算 ................................................ VI 驱动电路原理分析与计算.................................................... VI 接收模块分析与计算............................................................. VI 参数选择...................................................................... VII 3电路设计......................................................................... VII 信号发生电路.................................................................. VII 驱动电路....................................................................... IX 功率MOSFET的使用......................................................... IX IR2110芯片的使用........................................................... X 接收电路...................................................................... XII 4测试方案与测试结果.............................................................. XIII 测试方法与仪器............................................................... XIII 测试数据与结果............................................................... XIII 5实物制作图片..................................................................... XIV 致谢........................................................................... XVII 参考文献........................................................................ XVIII