磁共振(磁谐振耦合)无线充电技术鼻祖级文章-英文原文

利用共振原理的无线供电技术（经典）标签：新技术杂谈分类：杂七杂八无线供电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”。

无线供电-原理科学家们早就发现，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，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。

在2007年马林演示他的成果的时候，这项技术能够达到40%左右的效率。

这在某些场合是可以接受的，但是人们还想更进一步。

刚才我们提到的英特尔公司研究员们已经把传输效率提升到了75%，而马林小组最近声称，他们做到了90%。

电磁耦合共振式无线充电系统设计与实现作者：韩竺秦江锦华来源：《电气传动自动化》2019年第01期摘要：本文利用电磁耦合共振技术实现手线充电技术方案，设计了无线充电器总体方案。

主要包括了发送端和接收端两部分，其中发射端电路使用NE555芯片产生占空比可调的高频PWM波来控制开关管驱动发射电感线圈，实现电能到磁能的转化;接收端则通过接收电感线圈将不断变化地磁信号转换为交流电信号，随后通过整流、滤波、稳压等处理，使电路末端输出为5.1V的直流电压进行无线充电。

同时在Multisim平台上搭建了电路模型并进行电路仿真，验证了其可行性。

对实际电路进行电路实验和分析，验证了该设计的正确性。

关键词：无线充电; 电磁耦合共振; 开关管中图分类号： TP273 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： AAbstract： In order to realize the wireless charging technology，the thesis has taken electromagnetic c oupling resonant technology as the core wireless cell phone’s circuit structure. The design is consisted of transmitter and receiver. The transmitter generates adjustable duty cycle of PWM signal by NE555 chip to drive transmitter’s inductor by controlling MOSFET switch， so as to convert electric energy into magnetic energy. The receiver receives ever-changing magnetic signal and turn it into AC signal， and then processes it by rectifier， filter and regulator to output 5.1V voltage charging the cell phone. In the end of the thesis， it introduces how to set up the circuit model and to simulate it in the platform of Multisim，and it provides some analysis about the practical circuit’s experiment to proof the design is correct.Key words： wireless charging; electromagnetic coupling resonant; switch1 ;引言本文主要的研究內容是在通过学习和理解国内外与手机无线充电的相关课题和论文的基础上[1]-[4]，自主设计一个简易的基于电磁耦合共振技术的手机无线充电器。

IDT基于磁感应和磁共振技术的无线充电解决方案对于消费类市场，磁感应(Magnetic Induction，简称MI)或磁共振(Magnetic Resonant，简称MR)都是备选方案。

无论消费市场朝哪个方向发展，一个已知的事实是，无线充电必将得到采用。

在手机提供商的主要推动下，无线充电将开始向手机生态系统市场渗透。

拥有强大生态系统的计算领域将紧随其后，使无线充电技术的采用进入下一个增长阶段。

之后，无线电源技术很有可能扩展到支持手机和计算解决方案的基础设施中。

未来的架构和解决方案中怎样运用无线电源技术，上述应用将仅仅是一个开端。

就磁感应技术而言，主要有两个流行标准：无线充电联盟(Wireless Power Consortium，简称WPC)和电源事务联盟(Power Matters Alliance，简称PMA)。

这两个标准都相当成熟，很多产品已经用在消费市场了。

无线电源联盟(Alliance for Wireless Power，简称A4WP)是第一个基于磁共振技术的标准。

这些标准和解决方案都引起了一些疑问，例如，无线电源技术将向哪个方向发展?采用哪些解决方案是最好的?移动设备便利性是促使消费移动解决方案最先采用无线技术的关键因素之一。

手机、平板电脑、媒体播放器、移动电视等不同的移动设备需要不同接口连接器的各种适配器，这意味着为了给移动设备充电，人们需要携带很多不同的连接器和适配器。

拥有强大的支持性基础设施和生态系统的通用无线适配器，可以解决这些需求。

在汽车、咖啡店、图书馆、餐馆、火车、飞机、办公室中提供无线充电，将满足人们所需的便利性。

图1：无线充电器系统：发送器和接收器方框图。

ED2M-V1.0 用户手册理论简介使用磁场的强耦合共振机制，我们实现了无辐射无线电力传输，小功率负载时传输距离达到了发射线圈半径的２０倍！后续我们将进一步研究这种系统的实际应用和发展方向。

两个具有相同共振频率的共振物体能有效地交换能量，与此同时，非共振时则较少消耗能量。

在耦合共振系统（如声、电、磁、核）中，往往会有一个强耦合机制。

如果能在设计的系统中充分利用这种机制，能量转移预计将非常有效。

以这种方式进行的中距离能量传输几乎可以是全向的。

环境物体的干涉和能量损失均很小。

上述考虑适用于自然界各种共振现象。

在这里，我们采用了磁场共振。

由于大多数普通的材料不与磁场相互作用，磁场共振特别适合日常应用。

我们在兆级频率实现非辐射近场的磁耦合机制。

初看起来，这种能量转移使人想起了通常的磁感应，但是，请大家注意，通常的电磁感应在中距离应用中效率极低。

上述特定区域有效的中距离能量传输发生在强耦合共振时。

采用耦合模理论CMT 来描述这一物理系统，得到线性方程组如下：ＥＤ２Ｍ系统中核心部件为驱动模块－Ｄｒｉｖｅｒ，其功能为整个系统提供信号源，实现电能的转换并激励发射线圈Ａ，以满足共振线圈阵列的要求。

为负载提供电能的Ｌｏａｄ由单铜环Ｂ和全波整流部分组成。

ＥＤ２Ｍ系统中另外四个组件——自共振线圈阵列，一个是源线圈阵列 S ，Ｔ，一个是受体线圈阵列 D ，Ｒ。

其中源线圈被恒定频率驱动，两个设备间具有耦合系数 k 。

能量被 D 接收后对负载做功。

源线圈阵列 S 通过电感耦合到信号发生电路；受体线圈通过电感耦合到负载。

自共振线圈阵列依靠调节Ｓ和Ｔ，Ｄ和Ｒ之间的距离达到共振。

系统工作示意图注： A 是半径６ｃｍ的单铜环，这是驱动电路的一部分。

该驱动电路，输出正弦波。

S 、Ｔ 和 D 、Ｒ 分别是独立的源和受体。

B 是带负载的铜环。

S 和 D 在一条线上。

硬件配置发射端发射端是整个系统的核心，包括驱动模块、发射线圈、源线圈阵列、电源插头；驱动模块外观尺寸：W*D*L=30.4*20.4*100mm;模块采用全密封形式，全面防水，可以达到较高的防护等级，以适应于多种应用场合。

基于共振耦合的新能源汽车无线充电技术研究新能源汽车作为当前热门的发展方向之一，其充电技术一直备受关注。

传统有线充电方式存在着充电效率低、使用不便等问题，而无线充电技术因其便捷性和安全性逐渐成为发展的趋势。

基于共振耦合的新能源汽车无线充电技术是目前研究的热点之一，本文将从理论基础、技术原理、应用现状以及未来发展等方面进行深入探讨。

首先，我们需要了解什么是基于共振耦合的无线充电技术。

基于共振耦合的无线充电技术是利用电磁场中的电磁感应耦合原理，通过两个磁共振器之间的耦合实现能量的传输。

其中，发射端的磁共振器负责产生电磁场，接收端的磁共振器则负责接收并将能量传递给电动车电池。

这种无线充电技术不仅具有高效、方便、快速的特点，还能减少人为操作中的电触点损耗和安全风险。

在技术原理方面，基于共振耦合的无线充电技术主要涉及到磁共振电路的设计和优化。

首先是发射端的磁共振器设计，包括磁体的选择、匹配电容的确定以及功率放大器的设计等。

其次是接收端的磁共振器设计，需要考虑到电动车电池的充电需求、能量传输效率以及安全性等因素。

除此之外，还需要考虑到发射端和接收端之间的磁耦合效果，以及频率选择、功率控制等技术参数的调节。

目前，基于共振耦合的新能源汽车无线充电技术在实际应用中取得了一定的进展。

许多汽车制造商和科研机构都在积极开展相关研究与实验，推动这项技术在新能源汽车行业的应用。

相对于传统有线充电方式，无线充电技术无需人工干预，只需停车在指定位置即可实现充电，大大提升了用户的使用便利性。

同时，无线充电技术还可以减少对道路和停车场的建设需求，节省了资源和空间。

然而，基于共振耦合的新能源汽车无线充电技术仍然存在一些挑战和问题。

首先是传输效率的提升和功率损耗的降低，当前技术中仍然存在能量传输效率低、热量损耗大等问题，需要进一步的研究和改进。

其次是系统的稳定性和安全性，由于无线充电技术涉及到高压、高频等复杂电磁场，存在一定的安全隐患，需要加强技术监测和控制。

第28卷第1期2014年2月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning Academy V ol.28No.1Feb.2014收稿日期：2014-01-06作者简介：朱忠尼(1957-)，男，教授，主要从事电力电子与电力传动研究.磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究朱忠尼，林洁，宋庆国，蔡轶（空军预警学院，武汉市430019）摘要：磁耦合谐振式无线电能传输技术是集合了电磁场、高频电力电子技术、电磁感应、电磁材料等多学科的应用技术，能安全、高效、灵活地实现电能的中距离传输．根据无线电能传输的类型及发展应用前景，指出磁耦合谐振式无线电能传输是最适合当前学科综合技术发展的一种具有广阔应用前景的新技术；归纳了当前磁耦合谐振式无线电能传输的发展水平和当前研究的热点问题；从提高传输效率、减小发射和接收线圈尺寸的角度出发，提出了电力电子技术面临的挑战和为适应高频化变频技术需要开展研究的问题．关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；耦合模理论中图分类号：TM46；TM15文献标志码：A 文章编号：2095-5839(2014)01-0037-07无线电能传输技术是当前电工领域最活跃的热点研究问题之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，也是当前国内外学术界与工业界积极探索的一个多学科强交叉的新的研究领域；它既是为了更加方便、灵活使用电能量的现实要求；也是一些特殊场合(如植入人体内的医疗设备、空间(天)应用的科学实验与军事设备)的迫切需求．无线电能传输(WPT)又称无接触式电能传输，是指电能从电源到负载的一种未经电气(线)直接接触的能量传输方式．无线能量传输技术一般可分为三类[1-2]：①应用电磁感应技术．通过改造和分离变压器技术，实现磁接触式短程(d <5cm)能量传输，目前中、小功率的电能传换技术已基本成熟[3-6]．②以微波或激光形式，通过天线发射和天线接收方式实现能量的远程传输．其应用前景更加广泛，但目前技术不成熟[7]，存在很多无法逾越的障碍，如电磁波在空间传输效率太低、方向性强、不能跨越障碍物等．③通过辐射电场或磁场耦合的电磁谐振方式实现中距离的电能传输．在目前的技术、半导体器件、电子材料条件下，最佳的传输距离为0.1~5m ．它的优点在于方向性不敏感、传输效率高、能穿越非磁性物质[8]．由于电场耦合存在安全隐患，一般很少考虑．重点是研究磁耦合谐振式无线电能传输技术．磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)技术是利用谐振原理使其在中等距离(中等距离的定义为传输距离为天线直径的几倍至几十倍)有较高效率和较大功率的传输电能量[9]．近年来，国内外学者相继开展了关于MCR-WPT 的理论和技术研究，取得了许多有积极意义的成果．文献[10-17]对MCR-WPT 技术的发展进行了详细的综合论述．文献[18-41]概括了近年来国外的部分成果，文献[42-47]则概括了国内部分最新研究成果．由于磁耦合谐振式无线电能传输机理复杂、技术难度大，涵盖了电磁场、电力电子技术、物理学、材料学、信息技术等诸多学科，还有许多理论和技术问题需要开展研究．本文从电力电子学科出发，介绍了目前关于MCR-WPT 的国内外研究水平及热点问题，探讨了有待解决的技术问题及发展趋势．1MCR-WPT 基本原理和目前的研究水平1.1MCR-WPT 系统1)基本结构目前MCR-WPT 系统大都采取如图1所示的结构[10]：两线圈结构和增加两匹配线圈形成的四线圈结构；图1(c)和(d)是它们的等效电路．能量传输系统包括电源端(能量发射端)和负载端(能量接收端)两部分．电源端包含导线绕制的并与电容并联的发射线圈和高频激励电源；接收端包括接收线圈与电容并联的谐振电路和负载电路．2)工作原理导线绕制的发射线圈为一空芯电感L ，L 与谐振电容并联构成谐振体，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DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2014.01.010空军预警学院学报2014年磁场；与该谐振体相隔一定距离的接收端是由1个接收线圈并联1个电容形成的谐振体，其自然谐振频率与发射频率相同，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，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．发射线圈接收线圈(a)两线圈半实物结构发射线圈接收线圈电源线圈(b)四线圈半实物结构接收线圈Ｌ(c)两线圈等效电路ＺＬ(d)四线圈等效电路图1MCR-WPT 系统结构及其等效电路3)能量传输准则无线能量传输准则必须遵循麦克斯韦方程中的全电流定律和电磁感应定律．根据全电流定律，发射线圈周围产生的磁场方程[48]为∇×H 1=J 1+∂D1∂t (1)式中，J 1为导线电流密度；∂D1为位移电流密度；H 1为磁场强度．根据电磁感应定律，接收线圈的感应电场方程为∇×Ε2=-μ0∂H12∂t (2)式中，E 2为接收线圈感应电场强度，H 12为源线圈与接收线圈耦合磁场，μ0为真空磁导率．同时，接收线圈需满足各向同性介质的本征方程J 2=γE 2(3)式中γ为绕制线圈导线的电导率．若系统没有负载消耗能量，发射线圈与接收线圈间耦合的能量为W 2=∫Α12J 2d V (4)式中，W 2为发射线圈与接收线圈谐振交替的场能；A 12为矢量磁位．发射线圈与接收线圈之间交替的无功功率为Q =ω1Mi 1i 2(5)式中，ω1为源线圈激励的磁场变化角频率，i 1、i 2分别为发射、接收线圈的电流，M 为源线圈与接收线圈之间的互感．由式(3)—式(5)可以看出：线圈中的磁场作用可以看作两线圈的互感抗．即整个系统可以表达为通过磁耦合谐振传输能量．1.2目前的研究水平MCR-WPT 研究水平主要通过传输功率、传输距离、传输效率和系统谐振频率体现．归纳文献[9]和[18-47]可以得到当前最好的研究水平，如表1所示．归纳表1中的参数，可以得到3点结论：①目前传输的功率较小：小于1kW ；②工作频率较宽：从几百千赫兹到几兆赫兹；③传输效率与传输距离成反比．表1MCR-WPT 目前的研究水平2研究的焦点问题MCR-WPT 作为一种中等距离无线电能传输技术，自从美国麻省理工学院2007年发表其研究成果[9]以来，就成为一个研究的热点．国内许多高校和科研院所在国家自然科技基金和863计划等项目的支持下，取得很多成果，但也产生了很多问题和疑惑，形成了当前研究的焦点．2.1系统模型目前，比较流行的系统模型是耦合模理论38第1期朱忠尼，等：磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究和互感等效电路模型．1)耦合模理论麻省理工学院[49]最早将耦合模理论用于解释共振无线电能传输．以图1(a)的两线圈传输系统为例，可以得到电路的模式运动方程[50-51]：d a Fd t=-j(ωS-ΓF)a F+j ka Jd a J=-j(ωJ-jΓJ)a J+ka F üýþïï(6)式中，a F和a J为发射和接收谐振器的简正模幅值；ωF和ωJ为发射和接收谐振器频率；ΓF和ΓJ 为发射和接收谐振器损耗；k=k12=k21为两线圈的耦合系数；ωS为激励源频率．当ωF=ωJ=ωS=ω时，可以求得a F=A e jΔωt[cos(Ω0t/2)+ΓF-ΓJΩ0sin(Ω0t/2)]a J=A e jΔωt[2kΩ0sin(Ω0t/2)]üýþïï(7)式中，Δω=ω-(ΓF+ΓJ)/2，Ω0=(4k2-(ΓF-ΓJ)2)12，a F(0)=A为激励源幅值．由式(7)可以看出，当Ω0t/2=0时，a F(t)(模式1)被完全激发；当Ω0t/2=π/2时，a J(t)(模式2)被完全激发，接收能量；当Ω0t/2=π时，回归模式1．所以模式1与模式2之间的转换是完全的．当ωJ≠ωF时，也可求出式(6)的解，转换将是不完全的[52]．2)互感等效电路模型基于互感去耦等效电路分析MCR-WPT模型是经典集总参数电路的分析法，等效电路方程为[53](Z S+R1+jωL1)i1-jωM12i2=u-j M21i1+(R2+jωL2+1jωC2+Z L)i2=0}(8)当ωJ=ωF=ω时，求解式(8)得到能量的传输效率为η=(ωu)2R LZ2[Z1Z2+(ωM)2]×100%(9)式中，M12=M21=M，Z1=(R21+(ωL1-11)2)12，Z2=((R1+R2)2+(ωL2-11)2)12．理论上讲，上述2种模型最终结果应是相等的，但在某种情况下，如发射端并联、接收端串联，2种理论的分析结果存在不一致性．因此，对MCR-WPT的系统模型还需要做更深入的研究．2.2频率分裂问题磁耦合无线电能传输时，经常会出现2个以上谐振频率或多个电流(压)峰值，即频率分裂问题[54-55]．特别是在近距离传输时，多峰现象更为突出[56-57]．频率分裂现象影响了传输效率[30]，给系统参数检测带来困难，应给出合理的理论解释和频率控制策略．文献[24]等提出通过增加中继谐振线圈个数来抑制频率分裂现象，在很大程度上提高了传输效率[58]，但增加了结构上的难度．文献[29]、[45]从耦合模模型研究出发，认为距离影响传输系统的相位，低于原谐振频率处，能量系统处于同相状态；高于原谐振频率处，传输系统处于反相状态，解释了谐振峰值数量的变化．为了抑制频率分裂现象，文献[26]、[32]、[57]在控制参数和结构上做了大量有成就的工作，如调整系统谐振频率、增加匹配网络等，并取得了一些较好的传输效果．2.3频率一致性磁耦合谐振式无线高效传输是建立在系统谐振频率一致的基础上的．保证在不同距离、不同工况下的频率一致性及频率一致性控制是非常重要的，否则系统的功率、传输效率及系统性能都会下降．为便于调整系统频率一致，文献[37]和文献[29]提出通过增加中继级线圈调节传输峰值．文献[29]提出利用电路理论分析带有中继谐振线圈的传输系统，通过求解系统矩阵的特征值，得到新的谐振频率ω，这些理论和方法还需要在今后的研究中进一步验证．2.4系统结构与传输路径系统结构与传输路径的研究主要包括线圈的对数、线圈的中心线对准、单发射—单接收、单发射—多接收和多发射—单接收等问题．目前国内外许多学者就系统结构与传输路径开展了多项研究．取得的相关成果有：①MCR-WPT 对发射端和接收端的方向指向不甚敏感[59-60]；②采取一个发射线圈—多个接收线圈方式，总体传输效率高于一对一结构[29,61-64]；③当接收线圈数目达到一定数量，进一步增加线圈，总体效率会急剧下降[18]．因此，系统结构要精心、合理选择，在合适的结构下还要进一步研究频率自适应跟踪调节等诸多因素．2.5工作频率范围和最佳传输距离无线电能传输的主要机理来自19世纪Nikola-Teasla提出的机理和实验，其理论依据是耦合电路的全谐振在理想模型下，在合适的工作频率和距离的配合下，电能的传输效率为100%．为了实现电能的传输，频率f与发射线圈直径D、传输距离d都有关系．例如，f=10MHz时，D=30cm,其最佳传输距离d=30/(2π)=4.78cm．39空军预警学院学报2014年发射线圈直径与效率、工作频率、线圈导线的宽度有着非常复杂的关系．考虑线圈Q值、损耗Γ、发射与接收线圈直径比值x等综合因素y(Q,Γ,x)，发射线圈的直径表达式[52,63]为D=y(Q,Γ,x)d/(fd1k)(10)式中，d为发射与接收线圈距离，f为谐振频率，d1为线圈导线宽度(直径)，k为耦合系数．由式(10)可以看出，系统在能量的传输过程中，不同的情况下，工作频率是不同的．随着工作频率的不同，存在一个最佳接收区域；天线也存在优化设计问题，功率和距离都需要开展最佳设计．2.6干扰问题的研究无线电能传输系统工作在各种用电设备的电磁环境中，易受外界电磁源的干扰，相对其他的电能传输系统，它除了受外磁场的有源干扰外，任何能感应到磁场的元件都可成为负载形成无源干扰，造成系统传输的频率漂移．文献[64]对无源干扰进行各种实验研究，证明无源干扰对系统的传输效率十分敏感；文献[63]和[41]分别开展了有源干扰和无源干扰对传输系统影响的研究，认为：无论有源干扰还是无源干扰，能量传输系统对干扰源的频率十分敏感．干扰源频率越接近传输系统的谐振频率，对传输系统影响越大，其中电力电子设备的高频谐波可能会达到系统谐振频率，对能量传输系统会造成强烈干扰．文献[41,63-64]是目前对无线电能传输系统干扰问题进行研究并得出具有一定价值的文献．关于系统的干扰与抗干扰的研究还很少，它是无线电能传输系统一个引人关注的重要课题．3电力电子技术面临的挑战无线电能传输追求的是高效率、长距离和大功率．MCR-WPT作为一种新兴的中等距离无线电能传输技术，它比感应式无线电能传输技术有着更大的发展潜力和应用前景；比微波和激光更具现实意义．虽然MCR-WPT已取得了一些进展，但研究还不充分．目前仍有不少问题需要突破．MCR-WPT涉及到多学科的理论和技术，但电力电子技术是其中的核心技术．它给电力电子技术的发展带来机遇，也使电力电子技术面临新的挑战，主要有如下4个方面．1)现有的电力电子变换器及传输系统的理论，特别是建模理论需要进一步完善和创新，为MCR-WPT技术的分析提供有规律可循的设计依据．2)为降低天线的尺寸和提高传输效率，根据式(10)需要减小d1(导线直径)尺寸．在同功率的条件下，减小d1和降低导线的欧姆损耗的唯一途径是提高导线的载流密度．因此，超导材料必将在MCR-WPT中大有作为．3)为了降低线圈尺寸、减小辐射损耗及临近效应引起的损耗，还可以通过提高发射与接收线圈的耦合系数k实现．应用的需求促使超导磁材料的发展．超导磁材料导线是采取铜导线表面附着铁和镍2种磁性物质形成磁镀导线．文献[65-66]利用超导磁材料制作MCR-WPT的发射与接收线圈进行了实验．实验表明：在f=26~28MHz谐振条件下，传输效率可以由普通导线的10%提高到45%左右．因此，超导磁型材料导线在MCR-WPT系统中将具有极大的发展和应用前景．4)MCR-WPT技术中，还存在高频工作的变换器技术问题．例如，为保证系统在工业、科研、医疗所允许频段，很多研究将谐振中心频率设定为13.56MHz，也有的文献将系统频率设定为90.79kHz~80MHz．受功率开关器件及电路的拓扑结构影响，在目前技术条件下，实现兆赫兹以上大功率开关变换器还比较困难．当前应用较多的E类放大器功率还受到限制．为了实现高频变换，除进一步提高开关器件开关速度及谐振软开关技术外，还需要开展变换器的频率叠加、频率综合及通过磁性元件实现变换器相乘等理论和技术的研究；还要进行高频倍频变压器的集成技术研究．同时接收端加入高频整流电路将对整个系统产生较大影响，因此，还要研究减小对系统的影响和介入影响的最小接入技术．4应用前景与结论MCR-WPT技术具有广泛的应用前景，至少有以下7个方面：①小型家电、个人计算机、网络等，可极大的减小家庭和办公场所的电线、插头(座)、和开关．目前，一些无线能量传输已经在这些领域得到应用；②电动汽车是无线电能传输系统的主要应用领域，可以完成电动车的无线充电、边行走边充电；③新能源发电系统、智能电网；④移动小型机器人，无线传感器网络及射频识别技术；⑤人体植入式医疗仪器；⑥油田矿井、水下作业、交通工具、航空航天等特殊领域；⑦由于军事上不过分考虑成本和传输效率，无线能量传输系统将可能在军事装备和指挥系统率40第1期朱忠尼，等：磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究先得到发展，之后再向民用领域拓展[2]．本文以MCR-WPT无线能量传输效率为切入点，综述了目前该项技术的发展水平，指出存在的技术难点及目前研究的热点问题；从电力电子技术角度提出了待研究的问题及发展趋势，最后归纳了其应用前景．可以预计，在强大的需求驱动下，该项技术必将有更重大的突破，必将进一步促进电力电子技术向更深层次发展，必将带动无线电能传输向更远距离、更大功率发展．参考文献：[1]赵争鸣,张艺明,陈凯楠.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报,2013,33(3):1-13. 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浅谈无线充电磁耦合共振线圈的应用与发展【摘要】随着科技的发展以及时代的不断变化，无线充电成为了各大企业以及高校的研究热点。

传统的电子设备需要携带各式各样的充电设备，故而使人们的生活有着诸多不便。

论文首先介绍磁耦合共振无线充电的基本原理，其次对磁耦合共振的无线传输进行分类阐述，最后说明了该技术目前的研究现状以及在当前研究热点下对该问题的发展趋势进行了展望。

【Abstract】With the development of science and technology and the constant change of times，wireless charging has become the research hotspot of the enterprises and universities.Traditional electronic devices need to carry a variety of charging equipment，which brings a lot of inconvenience for people's lives. Firstly，the basic principle of magnetic coupled resonance wireless charging is introduced. Secondly，the wireless transmission of magnetic coupling resonance is classified. At last，the current research status of this technology，and prospects the development trend of this problemunder the current research hotspot.【关键词】无线充电技术；磁耦合共振；线圈【Keywords】wireless charging technology；magnetic coupling resonance；coil【中图分类号】TM724 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0131-021 引言谈论无线充电技术的源头就不得不说一下它的鼻祖磁与电，我们知道从安培开始发现磁场，就意味着无线充电技术发展的可能性。

阅读下文，完成下面小题。

无线充电黑科技：磁共振技术①继共享单车后，共享充电宝成为又一个备受资本追捧的“风口”。

中国科学院深圳先进技术院数字所的无线充电创新团队，他们正研发一种高效率的无线充电“黑科技”，目前，团队已完成了磁场共振耦合关键技术和设备的研发，制作出无线充电系统原型。

只需要把物品靠近磁共振线圈，就能实现“隔空充电”。

②用磁共振技术实现无线充电，充电距离在半米以内都是有效的，充电效率非常高，在一个较近的距离，效率能达到90%以上，与有线充电的体验几乎一样。

目前，他们做出的无线充电系统，实现了发射线圈10cm以内都是接收区。

这意味着手机在此距离内可以随意“活动”，拿起、放下都没问题。

用这种充电方式给手机充电和我们用充电线充电的功率相同。

③目前为止，市面上常见的无线充电多采用“电磁感应耦合”方式，既接触式、感应式的充电方式。

电动牙刷、Apple Watch以及最近新出的三星S8系列的无线充电功能都采用了这种方式。

每次充电时，产品不需要通过一根电源线和电源相连。

但“无线”也仅止于此，充电的底座需要插电，产品需要以小于5mm的距离准确贴合到充电板上的充电区域。

而现在提供无线充电设备的公共区域并不多，这种形式也不利于个人携带，所以效率并不高。

④用磁共振技术实现的无线充电，优点不仅仅在于改善了接触式充电不够称心如意的用户体验，它还可以实现多设备同时充电，且不论手机还是其他设备外壳是金属还是玻璃材质，只要装备了接收线圈，都能充电。

电路中6.78MHz的频率能避免干扰电子设备和人体辐射伤害。

这种方式既能实现一定距离的无线充电，也有较高的充电效率，还不会浪费能量。

⑤磁共振技术实现的无线充电还可以控制线圈的电磁场，根据产品能量的需要，把磁共振供应到需要的位置上；可以通过程序控制电路，降低多余的能量的发射功率，这样就不会导致能量的浪费。

未来，一张桌子上平铺着线圈，在有效距离内任意拿起或放下手机都可以充电。

出门不用担心没带充电宝，也不用担心手机没电借不出充电宝，我们只需要走进一个商场，一家饮品店，又或是一家饭馆，在时间间隙中就可以完成充电。

HIGHLY RESONANT WIRELESS POWER TRANSFER IN SUBSEA APPLICATIONS水下高谐振无线功率传输应用Dr。

Morris KeslerWiTricity CorporationWatertown，MA （www。

）morris。

kesler＠Colin McCarthyWiTricity CorporationWatertown, MA （www。

）colin。

mccarthy＠AbstractRecent technological advances have allowed unmanned underwater vehicles to act with more autonomy, allowing them to embark on longer missions to increasingly deeper and more difficult environments. While these vehicles can navigate themselves as they collect and process data，human intervention is still required to replenish their power supplies. Truly autonomous long—duration missions will likely be difficult until the energy sources in these vehicles can be replenished without human intervention. WiTricity Corporation has been developing wireless and automatic charging solutions in a variety of markets, including investigating the feasibility using Highly Resonant Wireless Power Transfer （HR-WPT）technologies to support the transfer of several kilowatts of power wirelessly to a vehicle such as an unmanned underwater vehicle （UUV)。

无线充电器原理范文电磁感应原理是指通过变化的磁场产生感应电流的现象。

无线充电器中的发射器(coil A)通过通电产生交变电流，形成交变的磁场。

而受电器(coil B)的电感线圈被放置在发射器附近，当发射器的电流改变时，电磁感应现象会在受电器的线圈中产生感应电流。

具体来说，无线充电器是由发射器和接收器两部分组成的。

发射器拥有一个较大的线圈，通电产生交变电流，并且通过电路中的电子元件将交变电流生成高频交流电流。

通过线圈产生的磁场中有一定的功率，它能够产生足够的感应电流来充电。

接收器中的线圈通过感应发射器中的磁场，将电能转换为交流电能，并通过电路中的电子元件将交流电流转换为可供设备使用的直流电。

1.磁共振耦合原理：在磁共振耦合方式中，发射器和接收器之间通过调谐频率相匹配的共振电磁场进行能量传输。

发射器和接收器的线圈共享相同的频率，以确保共振电磁场的形成和传输。

当发射器线圈中的交变电流改变时，它会产生一个匹配频率的磁场。

接收器线圈处于共振状态下，通过感应发射器磁场的变化，从而产生感应电流进行充电。

2.电磁辐射原理：在电磁辐射方式中，发射器产生的交变电流通过线圈产生一个交变磁场。

这个交变磁场会通过空气传播，当接收器的线圈接收到磁场时，会诱导出一个感应电流。

接收器通过感应电流将电能转换为交流电能，再通过电子元件进行整流和转换，最终将交流电转换为直流电进行充电。

无线充电器原理主要依靠电磁感应和电磁辐射来实现能量传输。

然而，无线充电的距离和传输效率还受到一些因素的影响，如距离、物体介质和接收器的位置等。

随着技术的进步和改进，无线充电技术在电子设备和汽车等领域的应用越来越广泛，为人们提供了更加便利和无线的充电方式。

无线充电2．0！——磁谐振（Rezence）充电技术详解郭景希
【期刊名称】《微型计算机》
【年(卷),期】2014(000)022
【摘要】早在几年前，无线充电系统就开始抢占各种大型IT展会的明星席位。

能丢掉最后一根束缚用户的电源线缆，这如何不让人兴奋？通常在展会大放异彩的技术和产品，都能快速获得市场强烈反响，取得巨大商业成功。

但奇怪的是，无线充电技术却如石沉大海，经过多年的发展也依旧没有走进我们的生活。

很显然，旧有的无线充电技术一定存在难以弥补的硬伤。

现在，新的磁谐振无线充电技术面世，它是在沉默中爆发还是再次“死亡”？
【总页数】5页(P108-112)
【作者】郭景希
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TM910.6
【相关文献】
1.浅析谐振耦合式无线充电技术 [J], 杨盟瑶;毛先柏;徐传煜;潘东
2.移动机器人的电磁谐振式无线充电技术研究 [J], 周思吉
3.电动汽车磁谐振无线充电技术市场应用研究 [J], 徐雯霞;陈诚
4.基于脉宽调变控制的可调电感补偿的谐振式无线充电技术 [J], 杨旭;游林儒;文小
琴;孟凡琨
5.移动机器人的电磁谐振式无线充电技术 [J], 高强;
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磁共振无线充电技术成熟明年渗透智能手机市场 2017年AirFuel Alliance支持的磁共振（MR）技术导入智能型手机可望大幅成长。

虽然市面上已有一些智能型手机搭载无线充电技术，但这些手机大多搭载的是基于磁感应（MI）技术的Qi标准。

随着技术不停的演进，磁共振已克服诸多技术瓶颈，相关业者预期，明年基于磁共振的无线充电将大举渗透智能型手机市场。

兴澄副总经理陈萱如认为，Airfuel Alliance无线充电技术已日趋成熟。

现阶段智能型手机已无太多额外功能可以增加，故导入无线充电技术，势必将为新一代手机带来新的话题，吸引消费者目光。

此外，有鉴于许多手机制造商纷纷朝取消手机插孔的趋势迈进，因此导入无线充电将可呼应此一趋势。

兴澄业务经理崔以柏表示，该公司非常看好磁共振技未来的发展潜力。

相较于磁感应技术，磁共振具备隔空充电、快充与一对多充电功能，同时亦可支持平板笔电充电的优势，大大增加便利性与实用度。

崔以柏透露，该公司虽为新创公司，但公司成员来自于台达电子、纬创与华硕等不同领域的厂商，具备射频（RF）及功率（Power）相关的技术跟经验，且在无线充电这块领域耕耘了2～3年之久，故于今年年中已成功开发出通过Airfuel Alliance无线充电认证及FCC/CE认证的16W发射器与5W 磁共振接收器，再者，应用于手机市场的接收器模块，亦可适用于采用金属背盖的手机。

崔以柏强调，根据研究机构Gartner报告显示，全球十大重要技术，排名第一为快充，第二则为无线充电技术，因此无线充电将成为未来极具潜力的技术。

他表示，现阶段Airfuel Alliance已可实现无线快充的愿景，假设消费者的手机可支持10W的电力，则Airfuel技术的发射端产品即可提供相对应的瓦数。

另一方面，目前国际通讯联盟无线通信部门（ITU TelecommunicaTIon StandardizaTIon Sector，ITU-R）的法规中，暂定6.78MHz频段作为唯一可使用的无线充电频段；根据ITU-R数据显示，其他无线充电技术采用的频段，将有可能影响应用于广播、航空航海无线电导航、定位，以及日本铁路网的频段产生干扰，因此不建议使用。

蓝牙/NFC结合磁共振无线充电技术前景无限 无线电力联盟（Alliance for Wireless Power，A4WP）日前与蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）正式签署合作备忘录，藉此解决目前磁共振（MagneTIc Resonance）无线充电方式遇到的电源控制难题，并间接宣告具有智慧型电源控制技术的消费型电子产品将可望问世。

A4WP主席Kamil A. Grajski表示，无论是针对一对多充电方式、不设限的充电环境以及为低/中/高功率终端设备打造的充电标准，对于这些技术展望，A4WP都可间接透过磁共振无线充电技术与Bluetooth Smart的结合而进一步实现，并大幅提升无线充电的使用者经验。

蓝牙技术联盟已将其通用唯一识别码（Universally Unique IdenTIfier，UUID）发布予A4WP，并将其导入A4WP之基本系统标准（Baseline System SpecificaTIon，BSS）。

未来，藉由这套BSS，通过A4WP 认证的充电发射端（Tx）将可透过Bluetooth Smart与智慧型手机或其他装置互联，并进一步执行电源控制管理。

事实上，磁共振无线充电技术为人诟病的其中一点即是难以优化其电源控制。

亦即，当有多个行动装置放置在同一充电板上，或位处同一充电范围时，充电发射端无法决定各装置间充电的优先顺序，也难以辨认各装置的实际充电需求，这些疑虑都会降低充电效率，并增加充电时的功率损耗。

因此，A4WP冀望藉由与蓝牙技术联盟合作，共同解决此一问题。

未来，当多个行动装置同时处于相同充电范围时，开启Bluetooth Smart的行动装置即可与充电发射端互联，接着便可优先处理其充电工作；此外，当装置充饱电时，Bluetooth Smart也会通知发射端，令其停止电源供应，并将电源分配给其余有充电需求的装置，进一步提升发射端的供电效率。

研究机构J. Gold Associate分析师Jack Gold指出，理论上，蓝牙技术还可将充电过程中详细的资讯传输到行动装置里，这将可进一步推升无线充电朝可计费的商业模式发展；如当使用者在机场使用无线充电服务后，透过蓝牙传输回来的资料即可显示该装置使用了多少电源，使用者再行付费。