基于磁耦合諧振的無線電能傳輸系統的研究
雷明
遼寧屹安智能科技有限公司，遼寧  沈陽  110000
摘要：本文分析和設計了一種基于磁耦合諧振的的無線電能傳輸系統，并對無線電能傳輸的技術進行了分析和闡述，分析其中存在的優勢特征，并對磁耦合諧振的的無線電能傳輸的傳輸距離進行粉分析并研究該系統傳播的效率。本文就無線電能傳輸系統進行了相應的實驗和測試，實驗的結果表明，在當系統達到了一定傳輸效率時，能夠實現最優化的系統設計，并對理論分析的有效性進行了相應的驗證。
關鍵詞：磁耦合諧振，無線電能傳輸系統
前言：無線電能傳輸的概念在19世紀就出現了，當時是由尼古拉·特斯拉提出的，并在1902年申請了相關的技術專利，后面許多科學家對此展開了研究，并取得了一定的成果，然而在距離方面始終沒有獲得突破性的進展。根據無線電傳輸裝置技術的原理，無線電傳輸方式主要氛圍電磁波式、電磁感應式和磁耦合諧振式三種傳輸技術。其中電磁波式的無線電能傳輸技術的實質是利用微波來代替傳統的輸電裝置，然后根據該技術的特點，對傳輸距離比較長且視距較長和視距傳輸以及傳輸方向受限的內容進行分析。當空氣中的無線電傳輸出現較大損耗時，對周邊的環境會帶來較大的影響。
一、耦合諧振的的無線電能傳輸技術原理
（一）磁耦合諧振原理
磁耦合諧振指的是載流線圈之間經過各自磁場之后相互聯系的物理現象。在靠近磁場的區域，電磁場的能力輻射源內部和輻射的原因是周圍空間周期性的流動，并不斷的由內向外輻射，出現非輻射性的磁耦合的效應，并且輻射不會向外，屬于非輻射性的磁耦合。磁耦合諧振的無線電傳輸技術主要是利用磁耦合諧振技術來促進無線傳輸效率的提升，它的理論基礎是磁耦合諧振，在某一個確定的頻率下，兩個相同的磁耦合諧振在物體之間產生了較為強烈的磁耦合，并且可以實現較好的轉移。依據電路倫理的知識運算，影響系統傳輸功率、傳輸效率的因素包含了諧振補償電容、品質因素、諧振線圈參數和諧振頻率、負載電阻等，通過諧振理論來對系統的傳輸效率進行計算和研究，得出影響系統傳輸性能的內在聯系，并進行進一步的優化。本文從電能到電源側到負載側進行非接觸式的傳輸，與傳統供電方式相比，它表現了系統的優越性，主要體現在電能傳輸不需要導線，而具有安全、穩定和傳輸方向不受限制的優勢。電磁傳輸的過程不受到非磁性干擾物的影響，其對介質的依賴不斷降低，該裝置系統受到了較為廣泛的關注。
（二）基于磁耦合諧振的無線電能傳輸系統模型
在磁耦合諧振技術原理作用下，發射端與接收端的LG諧振線圈回路，高頻去的驅動兩大模塊組成，在諧振系統中，通過對高頻驅動型號相關參數來控制開關管和通斷，從而使電源在高頻型號驅動控制下，適時的向發射端LC提供能量。發射端與接收端經過LC諧振線圈轉變為接收的能量。電能在被傳輸到接收端時，對應的電路模型發生了相應的變化，電源朝著發射端LC注入高頻脈沖電流，當MOS管關斷時，發射端LC諧振線圈問路A點懸空，流過電阻R，此時發射端的LC諧振線圈問路是一個串聯的回路。
二、磁耦合諧振無線電能傳輸的基本結構與工作原理
（一）磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的整體構成
本系統包括了高頻率的電源端，諧振耦合回路，負載接收端三個部分，其中也包含了高頻電源端，如工頻交流電源、整流濾波電路、高頻諧振逆變電路。在系統工作時輸入端首先將工頻交流電的輸出進行高頻正弦型號供給諧振耦合回路。通過諧振補償電路發射和接收線圈的固有頻率，通過磁場共振強耦合將電能傳輸送到接收線圈中，最終能夠實現電能的無線傳輸裝置。
（二）工作原理
磁場耦合式的無線電能傳輸包含了電磁感應式以及磁耦合諧振式兩種電能傳輸的方法。耦合諧振的無線電傳輸裝置作為無線電能傳輸的特例，與電磁感應式的不同之處在于系統具有頻率相同的兩個收發線圈，兩個收發線圈之間產生諧振，此時諧振耦合回路的阻抗比較下，發射端的大部分能量通過諧振耦合傳遞給負載。系統能量轉換的方式是電場能、磁場能和電場能，高頻電源端產生相應的高頻輸入型號，通過諧振電容后發射線圈進行電磁的轉化，通過中高頻的磁場，收發線圈之間產生共振頻率。最后經過接收線圈諧振回路進行磁電變化為負載供電的形式，為實現電能無線傳輸功能打下了基礎。從能量流動的觀點出發，分析兩線圈結構電能傳輸原理，兩個線圈結構能量在不斷的流動。電源給發射線圈供電，其頻率為系統諧振頻率。
三、磁耦合諧振無線電能傳輸系統傳輸公路和傳輸效率
經過實驗和分析，可以發現諧振評論為90KHZ時的磁耦合諧振無線電能傳輸系統，通過實驗可以驗證磁耦合諧振無線電能傳輸系統傳輸公路和傳輸效率分析的正確性。
（一）傳輸距離與傳輸公路的關系
為了驗證傳輸距離與傳輸功率和效率之間的關系，固定的傳輸距離d為3厘米，負載的阻值為100歐時，數據經過曲線相擬合，右邊縱軸的傳輸效率曲線坐標相同。脈沖驅動型號占孔壁在不斷的增加，說明電源發射的諧振線圈回路提供的能量在不斷的增加。在靠近磁場區域的強度在不斷的增強，最終供給負載的功率在不斷的變大。當功率值在不斷的增加，傳輸的效率在不斷的提升。當發射端的波形出現了畸形變化時，諧波平衡的狀態就失去了，傳輸的效率也在不斷的下降。驅動占空比的調節應根據傳輸功率與傳輸效率兩個方面的因素進行綜合的考慮，并實現傳輸效率和功率的優化。
（二）無線電傳輸主要應用的領域
無線電能傳輸應根據類型的成分來進行劃分，ICPT應用的領域主要有電汽車、太陽能電站和原子能電站，RFPT主要應用的領域是醫療的心臟起搏器電池充電，日常便攜式的電子產品在進行充電時，挪威的海德魯公司在研發ICPT技術的專用充電裝置。該裝置通過車身光學對人體感應系統，通過汽車的智能識別系統，將充電器的插座與插頭進行匹配。在醫療電子領域的應用中，通過RFPT技術的應用，通過體外無線充電發射裝置與體內電池接收裝置兩個線圈之間進行電磁與能量的傳輸，它主要包括皮能量傳輸與直接能量傳輸，能夠減少病人拆裝電池的痛苦。當前便攜式的電子產品在應用上偏向于充電器的使用，通過無線電充電技術，受到充電距離、充電速度和電池壽命的影響，當前市場上已經有了多家公司在進行產品的加工，在無線供電的電子設備領域，無線電的應用范圍較為廣闊。
三、無線電能傳輸系統發展的前景
無線電能傳輸技術的應用受到了世界各國的重視，盡管無線電技術的發展得到了經濟和技術上的支持，在無線輸電技術領域，無線電的應用剛剛起步，無線電能的傳輸技術將會推動WPT領域的電子應用和便攜化，從而能夠增強了人類生活的品質。電能能源的利用與電網的設計，能夠開辟出新的無線電傳輸系統應用新途徑。
結語
基于磁耦合諧振原理的非接觸能量傳輸技術取得了一定的發展成就，但是就傳輸技術的研究方面，研究還沒能夠充分的體現，實際的應用還在普及的階段，磁耦合諧振無線電傳輸系統仍然存在K磁耦合諧振的能量傳輸技術理論層面，缺乏完善的系統分析與設計功能，并且也缺乏相對成熟的參數選定標準。系統磁場在工作時會受到健康的侵擾，給環境帶來隱形的污染因素，例如磁污染，使自然環境遭到了破壞。
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