郑州大学毕业设计（论文）题目无线电力传输系统
院系电气工程学院
专业电气工程及其自动化
班级四班
学生姓名苏淑珍
学号20100240423
指导教师职称
2012年 4 月16 日
目前世界广泛采用的电力传输系统是靠金属等媒介等，例如铜，铝等，铺设管道极其麻烦，出现问题后解决费时间，而且价格昂贵由于电阻的存在消耗大量电能，利用无线电力传输系统，通过产生特定频率的震动以电磁波的形式发射，节约了铜铝等非可再生资源，而且节省了大量的能源，如果能大范围的实施，人们便可以利用廉价能源，很方面的解决生活问题。
本实验中用到了电磁场的传播问题，以及电磁的接受，利用共振产生巨大的电磁波，经大气离子层反射，传播能量。
其实所有的物质都是能源，物质和能源是一体的，只是如何利用的问题，例如风能核能太阳能水电站潮汐地热，地球本事就是一个巨大的能量场，我们应该积极开发新的能源，避免特定能能源的枯竭，从而保持地球能量场及磁场的平衡。
关键字：电磁场，磁共振，特斯拉线圈
摘要
1.绪论
1.1实现无线电力传输的目的和意义
1.2电力传输的发展和现状
1.3无线电力传输的内容，过程
1.4本文的主要工作
2.特斯拉线圈
2.1特斯拉线圈的物理结构
2.2特斯拉线圈共振的产生
2.3特斯拉线圈产生电能原理
2.4特斯拉线圈电磁波的发射
2.5本章小结
3.电磁波的传播和反射
3.1电磁波在大气的传播
3.2电磁波的稳定性
3.3大气离子层反射电磁波
3.4本章小结
4.电磁波的接受及控制
4.1电磁波的接受
4.2电磁波的控制
4.3电磁波转化为电能
5结论
参考文献
1绪论
1.1实现无线电力传输的目的和意义
1.1.1目前电力传输系统的缺点
目前电力传输系统主要采用铺设电线等方式，将全球的布线加起来这是一项非常庞大的项目，而且在电力的传输过程中极大地浪费了电能，使得能源的价格上涨，并且由于不稳定性的原因会出现大面积的停电等，在偏远山区，由于铺设电线花费极大，到现在为止，还没有用上电灯泡。总之，习惯了传统布线不能觉察，实际全球布线网络非常庞大占用了极大地资源。
传统布线缺点主要存在以下几个方面：
（1）采用铜线铝线铺设，代价高占用资源
（2）高压线采用架设形式，存在极大地安全隐患
（3）供电紧张
（4）由于需要铺设大量电线，电力资源分配不均匀
（5）发电系统发电有限，供电紧张，用电高峰期部分地区不得不断电
（6）传输系统不稳定受到天气影响非常大，在冬天电线布病霜，容易大面积停电
（7）维护麻烦费用高
1.1.2无线电力传输的优点
无线电能传输电能从发射端到接收端无接触，提高了用电设备获得电能的灵活性，同时由于不用铺设电线网络，极大地节约了资源同
时减少了电能的损耗，而且无线电传输系统对移动电器设备，工作于水下及易燃易爆等特殊环境下的电气设备课供应稳定的电能。
无线电里传输的主要优点：
（1）发射端接收端无接触，只有少量的电能损耗
（2）采用非线性传输理论，少输入多输出，可获得极大地电能（3）电磁传播不容易受到物质干扰，稳定性好
（4）分布均匀，受天气影响较小。
（5）便于维护
1.2电力传输的发展和现状
１９世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的特斯拉在电气与无线电技术方面做出了突出贡献．１８８１年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机，次年进行试制且运转成功．１８８８年发明多相交流传输及配电系统；１８８９—１９９０年制成赫兹振荡器．１８９１年发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备．他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在１８９９年演示了不用导线采用高频电流的电动机．但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展
２００１年５月，国际无线电力传输技术会议在法属留尼汪岛召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮４０ｍ外一个２００Ｗ的灯泡…．其后，２００３年在岛上建造的ｌＯｋＷ试验型微波输电装置，已开始以２．４５ＧＨｚ频
率向接近ｌｋｍ的格朗巴桑村进行点对点无线供电…．２００６年１０月日本展出了无线电力传输系统．此系统输出端电力为７Ｖ、４００ｍＡ，收发线圈间距为４ｍｍ时，输电效率最大为５０％，用于手机快速充电．２００７年６月麻省理工学院的研究人员已经实现了在短距离内的无线电力传输，他们通过电磁感应利用磁
耦合共振原理成功地点亮了离电源２ｍ多远处的一个６０ｗ灯泡．２００８年９月，北美电力研讨会最新发布的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功的将８００Ｗ电力用无线的方式传输到５ｍ远的距离．
1.3无线电力传输的内容，过程
无线电力传输系统涉及主要内容有接收端发射端的电磁共振传播电能，电磁的传播，电磁的发射和接受等，主要有以下几个部分组成无线电力传输系统的基本结构由发射模块、传输模块和接收模块 3 部分所组，发射模块与接收模块通过磁场耦合相联系
1.4本文的主要工作
2特斯拉线圈
2.1特斯拉线圈的物理结构
特斯拉线圈结构基本上，由一个感应圈、两个特大电容器和一个线圈互感器所组成。该线圈其一特性，是能够生产出既高频又低电流的高压交流电。这种高频电流可经由空气作远距离的无线传电达至另一个接收器处，并且对人体绝无不良影响。
路把电能转换为磁场能量发射，通过前后级绕组的电磁
感应将磁场能量传输到接收电路，经过相应的能量调节
装置，将能量变换为应用场合负载可以直接使用的电能
2.2特斯拉线圈共振的产生
将电能的幅值和频率改变后，经过放大调制，输入到发射装置，发射端发射特定频率的高频电磁波，接收端的固有频率与发射端发射电磁波频率相等，当接收端接收到与固有频率相同的电磁波时，产生磁共振，具有很大的幅值，既有很大的能量。即让发射端和接收端具有相同的特定频率，从而产生共振。
2.3特斯拉线圈产生电能原理
发射电路把电能转换为磁场能量发射，通过前后级绕组的电磁感应将磁场能量传输到接收电路，经过相应的能量调节
装置，将能量变换为应用场合负载可以直接使用的电能
2.4特斯拉线圈电磁波的发射
发射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射频功率，以便接收电路能够充分利用能量。发射模
块主要由 3 部分组成：振荡电路、占空比调节电路和 E
类功率放大电路。由于 E 类功率放大器影响了发射电路
与接收电路之间的能量传输效率。
2.5本章小结
无线电力传输的发射主要是把电信号转变成电磁波信号，调制放大后，以一定的振幅和频率发射出去，经离子层反射后，由接收端接受，从而实现无线传输。
3.电磁波的传播和反射
3.1电磁波在大气的传播
电磁波在空气中传播时具有自己的属性，当两列波的频率相等是后发生共振，否则互不相互干扰。
3.2大气离子层反射电磁波
从离地面60千米左右开始，直到大气层外缘几千千米高度的空间，通常称为电离层．由于太阳辐射的紫外线穿过大气层时，气体的分子或原子就吸收其能量而电离，分离成电子、正离子和负离子．电离层实际上是电子、正离子、负离子和中性粒子等组成的混合体． 电离层有反射无线电波的本领．当频率在一定范围的无线电波以一定角度射向电离层时，将由电离层反射回地面，反射回地面的无线电波还可再向电离层射去，实现多次反射，这就是所谓的“多跳传播”．电离层对不同波段的无线电波反射作用不同，由于电离层的吸收作用，中波段的无线电波在白天几乎全部被电离层吸收．高频的微波段的无线电波，根本不能被电离层反射，直接穿透电离层射向太空．只有短的无线电波，能通过“多跳传播”方式传送到几千甚至几万千米远的地方，实现远距离短波无线通信和广播．
低频的电磁波会被吸收，但高频的电磁波不会被吸收，通过大气离子层的反射，被接受装置所接受，产生磁共振传输电能。
3.3本章小结
电磁波的传播理论和实际基础已经相当成熟，电磁波具有自己的属性当属性不同时，不会相互干扰，所以电磁波能在空中大龄传播，
而不会对其中的设备和其他信号造成干扰和影响。
4.电磁波的接受及控制
4.1电磁波的接受装置
接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用的需求，需要将接收到的射
频信号进行整流、滤波、降压以及稳压处理，处理之后的
直流电压方可供其他负载使用。该模块主要包括整流电
路以及降压电路。
4.2电磁波的控制
由于经过整流后的直流信号电压都比较高，不利于负载的直接利用，需对信号进行降压处理。降压电路利用了稳压管的稳压特性，为三极管的基极-射极提供稳定的导通电压，以此达到稳定降压的效果。另外，还可以更换不同型号的稳压管以此调降压后电压范围，方便后续电路的使用连接。1个稳压电容C，使负载端能够有良好、稳定的输入电压。
4.3电磁波转化为电能
利用电磁转换装置将接收到的电磁波转化为电信号，既有磁场的能量转化电场能量，从而为负载供电。由于共振产生的幅值很高，所以所接受的信号具有很高的能量，可以大量的输出电能，而且由于借助自然界的能量，所以使得能源价格有所下降。
5结论
宇宙具有相对无限的能量，无线电力传输系统是基于非线性输
出的理论基础，借助于电磁波的传播，将电能以电磁波的形式发射，并与接收端形成共振状态。基于磁场谐振耦合的无线电力传输装置，对发射及接收装置进行分析，同时得到了提高系统传输效率的方法，便于在实际应用中，实现最优传输。
参考文献
1傅文珍.张波.丘东元.王伟自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计
2.王秩雄;胡劲蕾;梁俊;王长华无线输电技术的应用前景[期刊论文]-空军工程大学学报（自然科学版）
由于时间仓促，一些原理图及数据的计算方法和公式没有列出，最后关于电磁波的损耗及稳定性问题和多个接收端对于发射装置的影响问题没有概括，同时理论知识不足，有错误的地方希望指出，以后有时间会进一步完善，希望老师理解包涵。
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 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
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“0 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 学习参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。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输技术主要利用的是近场磁耦合共振技术，共振系统由多个具有相同本征频率的物体构成，能量只在系统中的物体间 传递，与系统之外的物体基本没有能量交换，在达到共振时，物体振动的幅度达到最大。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输系统一般由高频发射源、发射系统、接收系统、负载等部分组成，其中发射系统和电磁接收系统，是无线电能传输系统的关键部分。 其典型模型如下图所示。由下图可知发射系统包括励磁线圈和发射线圈，它们之间是通过直接耦合关系把能量从励磁线圈传到发射线圈，励磁线圈所需能量直接从高频电源处获得。电磁接收系统包括接收线圈和负载线圈，它们之间也是通过直接耦合关系把能量从接收线圈传到负载线圈。发射线圈与接收线圈之间通过空间磁场的谐振耦合实现电能的无线传输。 学习参
浅析水下无线电能传输技术的发展及应用趋势 发表时间：2019-06-28T09:41:40.967Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第4期作者：赵文圣 [导读] 摘要：无线电能传输技术是当下研究的热点，是人工智能、电子信息、电气设备等方面重要研发方向，因其使用较比方便，在某些特殊的环境能够发挥更大的作用。而水下无线电能传输根据研究价值，笔者粗浅分析了水下无线电能传输技术的发展及应用趋势。中国矿业大学 221116 摘要：无线电能传输技术是当下研究的热点，是人工智能、电子信息、电气设备等方面重要研发方向，因其使用较比方便，在某些特殊的环境能够发挥更大的作用。而水下无线电能传输根据研究价值，笔者粗浅分析了水下无线电能传输技术的发展及应用趋势。 关键词：无线电能传输技术；水下传输；应用趋势 海洋搜救、水下探测、潜水运动等使用的水下设备，大多使用传统电池供电方式，而水下设备其他供电方式的研究不断进行，无线电传输技术也随着引入水下设备供电系统之中。在未来，谁能首先解决水下无线电能传输问题，谁就能在未来海洋工程中占得先机。 1、无线电能传输技术的发展 19世纪30年代，作为第一发现电磁感应现象的英国科学家法拉第，开创了无线电能传输的新纪元。1890年，克罗地亚科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提出一个大胆的构想：把地球作为导体，在地球与电离层之间建立起低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力[1]，后来特斯拉建成了187英尺的无线电能传输铁塔。20世纪90年代，飞利浦公司研发出了无线充电牙刷，通过内部线圈感应充电器发出的磁场后充电。2007年6月，知名的美国麻省理工学院，校内研究小组利用无线电能传输技术给远处的灯泡供电，成功点亮了灯泡，同时点亮了世界对于无线电能传输技术的新里程碑。随着历史的不断发展，科学的不断进步目前无线电能传输主要有三种方式，即电磁感应式、电磁共振式、电磁波发射式。 水下无线电能传输技术也随着无线电技术的发展而发展，在我国，浙江大学流体传动及控制实验室对于水下电磁耦合、充放电系统、线圈优化等方面都有较大的研究成果，是我国国家重点实验室；西北工业大学对于水下电路结构设计、水下电磁耦合等方面也进行重点研究；国防科技大学也研究了独有的水下无线电能传输系统。 2、水下无线电能传输技术应用发展趋势 随着人类对于海洋的不断开发，水下作业不断增加，同时要求工作要求难度越高、时间越长，因此水下设备要求更高，能解决更多问题，而无线电能传输技术也在向结构多样化、功能集成化等方向发展，同时也存在急需解决的各种问题。 2.1 结构多样化 由于各国工业用电标准不一致，设备多样化，因此无线电能传输也在向着多样化结构发展。以线圈绕组方式分类，可分为单面和双面绕组方式。单面绕组需要宽度达的耦合器，而耦合器的位置在整个无线电能传输系统中有会有很大影响。而且单面绕组式需要设置屏蔽板，用以阻止漏磁通[2]。但由于现代技术的不断发展，对于电子设备的体积也需要不断变小，而此时单面绕组式则体现了其体积小、重量轻、扁平化等特性，适用于未来发展需要。 由于水下作业的特殊情况，设备精度一般较低，使用比较困难，因此选择合适的磁芯对于整个设备的电能传输尤为重要。罐型磁芯的电磁屏蔽性较好，在一定程度上能够很好的抗干扰性，适用于水下作业对于设备的多项要求。 2.2 功能集成化 水下设备功能的实现主要靠能量和信号两个概念，能量为电气系统的正常运行提供保障，信号为整个系统的运行、控制、检测提供了命令。在一个完整的水下无线电能传输系统中，需要有控制指令、检测信号的同时，实现能量的传输，这就需要整套系统集能量传输和信号发送于一体。目前行业内主要有两种不同的设备能量信号传输方式： （1）独立式。整个系统设置两组线圈，分别进行无线能量传输和信号传输，两个线圈相对独立。但两组线圈无论水平放置，还是垂直放置，都会发生线圈耦合，产生很大的干扰，同时对于能量有很大损失，数据难以正常传输。 （2）高频注入式。信号和能量的无线传输可以通过同一磁路进行，这是高频注入式的最大特点，它将信号和能量的传输集中于一种线圈，通过相同的两极线圈工作。通过高频信号波和低频电能传输波结合，形成一个复合波，经过传输设备进行传输。在此传输过程中，能量损耗能控制在一定范围内，不会影响数据的传输，最终达到信号和能量最大化传输的目的。 2.3 急需解决的问题 （1）电能传输稳定性问题。无线电能传输本身就存在很大的不稳定性，在水下作业要求更高。 （2）传输距离问题。在各种实验中发现，一旦距离增大，就需要同时增大线圈半径，而线圈半径体积不可能无线增大。 （3）生物安全问题。在整个传输系统中，都存在高频电流和磁场，对生物生存环境有很大的负面影响。 3、结语 无线电能传输技术由于其特有的便捷性，特别是针对水下设备能量补给问题，比传统供电方式有很大的优点，虽然还存在的很多问题，但是通过广大研究学者的不断努力，必将逐步解决当下各种技术难点，让水下无线电能传输技术得到更大的发展，拥有更广阔的前景。 参考文献： [1]王浩.磁耦合谐振无线电能传输系统耦合状态与传输特性研究[D].东北大学,2015. [2]贺县林,戚连锁,罗宁昭.基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究[J].船电技术，2015,35（11）：47-51
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);
无线传输技术及应用 本选修课根据社会的实际需要，无线传输技术远程操作方便的特点，选择了 TC35i无线传输方案。 一．课题用途： 在工业方面：操作员用手机和电脑远距离监测、操作和控制工厂的设备。在农业方面：进行植物生长发育的远程控制。在生活方面：进行远程的LED宣传语控制。 二．课题方案： 用传感器接收要测的数据，传到单片机上，通过TC35i通信模块传输数据到操作人员的手机或者电脑上，操作人员也可以通过现场的上位机进行监测和操作。 三.无线通信模块： 3.1 TC35I介绍
TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块, TC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为 TC35i的核心基带处 理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。 TC35i模块工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V ,电流消耗—休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A 峰值；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为 2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text 和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或中断信号实现重启和故障恢复。其内部结构如图所示： TC35i模块内部结构图 3.2 TC35i硬件设计 1.发射端 发射端的模块TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35i的第1～5引脚是正电源输入脚采用+4.2V，第6～10引脚是电源地。15脚是启动脚IGT，它与89C51的P1.3口相接，给IGT加一个大于100ms的低脉冲, 使TC35i进入工作状态。18脚RxD0通过2.2K电阻隔离和单片机的第11脚TXD相连；19脚TxD0为TTL的串口通讯脚，通过2.2K 电阻隔离和单片机的第10脚RXD相连。TC35i使用外接式SIM卡, 24～29为SIM卡引脚，SIM卡同TC35i是这样连接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电
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
浅析无线充电技术的发展历史与最新趋势 摘要：文章主要追溯了国内外无线充电技术在近一百年里的发展历史。通过对无线充电技术最新发展现状的解读，浅析其当今发展的四大趋势，即发展领域扩展化、发展动力多重化、实现方式多样化与智能化以及发展瓶颈明朗化，并就该技术未来的发展进行展望。 关键词：无线充电；历史；发展现状；趋势 随着科技与社会的进步，人们对充电方式也提出了新的要求，无线充电，顾名思义，就是在不借助金属导线以及其他物理连接的条件下，以空气为介质实现电能传输，为设备进行充电。现阶段无线充电技术主要实现方式有三种，第一种是利用变化的电流通过线圈产生磁场实现电能传输的电磁感应式，第二种是利用电磁耦合共振效应的电磁共振式，第三种是将电力以微波的形式辐射到接收端的电磁波辐射式。目前，无线充电技术是国内外研究的热点问题之一，具有很好的发展前景。 1 发展历史与现状 1.1 国外发展历史与现状 无线充电技术（Wireless Charging Technology，WCT）并不是一项新兴的技术，早在1890年，克罗地亚的发明家、物理学家——尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就提出一个大胆的构想：把地球作为导体，在地球与电离层之间建立起低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力，并且将这一设想付诸于实践。虽然这项研究最终因经费被撤、危险系数过高等原因终止，但却为人们打开了无线充电技术梦想的大门。在随后的几十年中，研究人员沿着特斯拉的脚步，对该技术有了非常多的探索，也取得了一些成就。 2007年6月，美国麻省理工学院研究团队利用电磁共振器和电源隔空点亮了一盏2 m开外的60 W电灯泡。日本昭和飞机工业公司在2009年At International 会展上展出了基于电磁感应原理无线传输电力的非接触式电源供应系统。2010年9月，日本富士通公司利用磁共振技术实现设备无线充电。2011年7月第一辆无线充电电动车在韩国首尔公园试运。2012年9月，诺基亚发布的两款智能手机：Lumia920和Lumia 820，可实现无线充电，引发公众热议。2013年芬兰首都机场，为乘客免费提供无线充电器。2013年3月，苹果公司的一项名为“保护外套综合感应充电技术”的发明专利申请书曝光。在各经济大国的研究团队与企业的共同努力下，无线充电技术有了质的飞跃，它已经从最初的概念设想发展到如今的生活实用地步。 1.2 国内发展历史与现状 我国在无线充电技术领域的起步滞后于国外，目前还处于研究的初级阶段。在国外市场旋风般的影响下，近十年来我国的无线充电技术取得了一些进展。
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
86 上 海信息 化 无线电力传输（Wireless Power Transmission，WPT）也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，无线电力传输技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破，无线电力传输在军事、通信、工业、医疗、运输、电力、航空航天、节能环保等领域呈现良好应用前景。 近年来，全球无线电力传输市场规模逐年递增，据IHS iSuppli数据显示，2010年无线充电设备市场收入达到1.2亿美元，到2015年将达到237亿美元。从2011 年开始，全球无线充电模块销量急剧增长，2019年将增长到9.23亿个（见表1）。手机、笔记本电脑等是无线电力传输的主要应用对象，厂商正将无线电力传输技术嵌入到包括智能手机、平板电脑、蓝牙耳机在内的终端。 十九世纪末，尼古拉?特斯拉发明了“特斯拉”线圈，使无线电力传输成为可能。近年来，无线电力传输技术发展迅猛，在军事、通信、工业等各大领域都拥有十分广阔的应用前景。对于消费者来说，无线充电的意义还不仅仅是带来充电方式的便捷化，随着无线充电技术从手机、平板等小功率设备向笔记本电脑、智能电视甚至电动汽车等大型设备的拓展，可以说，无线电力传输技术必将为人们的日常生活带来更多的惊喜。 文／陈 骞 美日两国处于领先地位 美国、日本等国众多企业或研究机构竞相研发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将其实用化，目前，已获得了一定的技术突破，相应产品也陆续面世。 美国电子信息企业对短距离电力传输技术给予极大投入。Power Cast 公司利用电磁波损失小的天线技术，借助二极管、非接触IC 卡和无线电子标签等，实现了效率较高的无线电力传输，将无线电波转化成直流电，并在约1 米范围内为不同电子装置的电池充电。Palm 公司将无线充电应用在手机上，推出充电设备“触摸石”，利用电磁感应原理为手机进行无线充电。Powermat 推出的充电板有桌面式和便携式等多种，主要由底座和无线接收器组成。Fulton 公司开发的eCoupled 无线充电技术，充电器能够自动地通过超高频电波寻找待充电电器，动态调整发射功率。Visteon 公司计划为摩托罗拉手机和苹果的iPod 生产eCoupled 无线充电器。Power 公司开发的电波接收型电能储存装置以美国匹兹堡大学研发的无源型 RFID 技术为基础，通过射频发射 装置传递电能。WildCharge 公司开发的无线充电系统，充 电板的外观像一个鼠标垫，能够放置在桌椅等任何平坦表 数据来源：IHS iSuppli 单位：百万个 表1 全球无线充电应用数量 Oversea View 他山之石
基于GSM无线传输技术的远程手机遥控系统【摘 科技纵横
要】本系统实现了以GSM短消息AT命令。表1 部分AT指令分析
对于TC35i模块控制，IGT信号非常的重要，只有正确的IGT信号才可以使 TC35i模块正常的运行。模块的时序如图3所示。 为载体的控制信号传送，用户通过手机发送短信息命令“开”或“关”就可以通过GSM网络远程控制一个家电的开关（本文中用饮水机模拟），若短信命令不正确，则报错指示灯亮。并且，通过GSM模块与车载GPRS模块的相连，可以实现实时显示汽车位置的功能。 【关键词】GSM的无线传输技术AT指令 远程控制 1.GSM数据传输技术的发展现状GSM技术自从1982年开始提出、1992年正式问世以来，经过了十几年的发展，其技术也日趋成熟。因为GSM无线网络覆盖范围广，在信息传递方面性能稳定、可靠，所以把GSM无线网络作为信息传递的载体，与单片机结合起来构成应用系统有着强大的生命力和广阔的应用空间，特别是在远程数据传输、远程监控等领域更是受到电子设计应用工程师的关注。 2.研究的目的及意义 基于GSM网络的通用短信息控制系统由于结构简单、价格低廉、通用性、实用性强，能够直接或者在稍作改造后用于诸如：工厂、煤矿等需要远程自动控制的场合。该基于GSM网络的通用短信息控制系统能够在提高经济效益．减少工作人员劳动强度方面起到了较大的作用，能使需要该系统的工矿自动化水平提高。具有一定的社会和经济意义。 3.AT指令格式及分析3.1AT指令集简介 AT指令是调制解调器的控制命令，在调制解调器中几乎所有的操作都是通过AT 来完成的，AT是Attention的缩写，绝大多数指令是以AT作为前缀的，如拨号命令ATD设置波特率命令AT+IPR等，因此这些指令被称为AT指令，由这些指令所构成的指令集叫做AT指令集。 3.2AT指令的格式 在TC35i所支持命令集中根据命令名称可简单分为: (1)“ATXX”及少量“AT+XXX”为V.25标准命令集; (2)“AT+CXXX”为GSM标准所扩展的AT命令; (3)“AT^SXXX”为SIEMENS定义扩展的 注：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f88264000.html, 浅谈无线电能传输的发展趋势 作者：李晨晨 来源：《科教导刊·电子版》2013年第36期 摘要文章叙述了无线电能传输的概念和发展历程，着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了分析。同时，也总结概括了无线电能传输对我国经济发展的优势以及发展前景。 关键词无线电能传输能量传输感应电能 中图分类号：TM472 文献标识码：A 1无线电能传输的概念及优势 无线电能传输（Wirelss Power Transmission——WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。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。 传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，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，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。 同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。 2无线电能传输技术分类 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者
超低成本的2.4G 超远距离超远距离无线遥控无线遥控无线遥控、、无线传输传输方案方案方案随笔随笔 在2.4G 的领域里面。大家比较熟悉的就是蓝牙和wifi 。物联网用的比较多的就是zigbee 。而在专业的领域用的比较多的就是nrf2401，cc2500等低成本芯片。就距离而言，相同的功率下100mw ，17Dbm 的增益下。蓝牙只有10米，wifi 大概20米。Zigbee 也不超过50米。nrf2401，CC2500不会超过100米。 其实目前2.4G 的传输距离为什么近，其最本质的原因是1：该公共频道带宽不足，手机，蓝牙，wifi 都占用这个频道。2：功率必须符合100mw ，增益在17dbm 以下，不然过不了FCC 、国家标准。也因此意味着你无法通过加大功率的办法来增加距离。有人会反问我：网络上有看过人家wifi 能传300km 的呢。是的，我也相信这是真的。只是这根本没有可比性，也没有实用价值。这好比你硬要在自行车上实现飞机那样的速度，你说可以吗？我的答案是完全可以。我需要增加最先进的动力设备，加最轻的机壳材料，加最好的传感器，把飞机上得所有东西放在自行车上。相信最后做出来的自行车飞机，那完全就不叫自行车了，也许最后我们连自行车的轮子都看不到了。更可悲的是这个产品的造价也许够人家飞机厂做几台这样的飞机出来了。 如果你得产品要获得出口到美国，中欧一些国家的话。使用2.4G 的公共频道是不需要申请的。但是辐射功率必须在100mv 以下。甚至有些国家还要求RF 发送的时间间隙要在3ms 以上。否则你的产品没办法在这些国家销售。中国的话没有强制的要求，但2016年之后中国也会出台相关的强制标准。 那是不是除了上面两个条件，就没有其他办法来增加传输的距离了呢？答案当然是可以。本文就针对该问题提出了一整套的解决方案。至于你能不能领悟到其中的奥秘，那就看你的造化了。 废话少说，我们转入正题。方案好不好，首先我们得要选一个好的硬件平台，就好像做饭一样，巧妇难为无米之炊，我们要做一个上好的牛扒，选对牛肉是关键。无线传输中，选对一个RF 芯片是非常重要的。 那如何选对一颗好的芯片呢，其实无线传输最重要的一个指标就是灵敏度和传输速率。理论上是灵敏度越高，传输距离会越远。传输速率越快，传输距离也会越远。简单的说，就是你灵敏度高了，同样的距离下，你很微弱的信号都能让对方接收到，然后你才有条件来作数据的转换，才能变成有效的信息。而传输的速率快，换句话说，同样的时间内，以1秒为一个单位，假设芯片A 一共发送10个包，其中在500米的地方只能成功收到2个包，再远就收不到了。假设芯片B 速率快，它在1秒内可以发送20个包，同样条件下在500米的地方能成功的收到4个包，这样的话芯片B 其实还能把距离再拉远一点，也许在700米的地方它还能成功收到2个包，那我们就说芯片B 的传输距离比芯片A 的要远。如果有个芯片灵敏度又高，速率又快，那就完美了。不过现实总是那么的残酷，鱼与熊掌不可兼得。我们做产品的首先考虑的还是性价比问题。这在低成本的产品中更为突出。所以我们都是在同价格中选功能，同功能中我们选性能。总之你如果能用最小的成本做最好的产品，那你就是厉害的了。你不能只出自行车的价格要求做出摩托车那样的速度，你也不能用摩托车的价格来跟汽车这样的产品。这个道理你懂的。