白莎　呂維　李財(cái)

摘要：無線電能傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)能夠減少電能在傳輸過程中電路的設(shè)計(jì)、減少電路故障以及提高電路的安全性能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種無線電能傳輸裝置，通過將直流電源轉(zhuǎn)換為高頻交流電源，以時(shí)刻交替變換的電場產(chǎn)生磁場發(fā)射出去，變化的磁場穿過接受線圈以后，同樣感應(yīng)出電能，以此實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。

關(guān)鍵詞：電能傳輸；SPWM；全橋逆變

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）04-0204-02

Abstract： Wireless can transmit the implementation to reduce electric energy in the process of transmission circuit design， reduce the circuit fault and the improvement of safety performance. System can design a wireless electric energy transmission devices， by using high frequency ac power， dc power is converted to the emission of alternating electric field produces magnetic field with time of change， after changing magnetic field through the receiving coil， induction the same power， to achive power transmission.

Key words： power transmission；SPWM； full-bridge invention

自特斯拉以來，無線電能傳輸是人類長久以來的夢(mèng)想，無線電能傳輸不僅能夠減少對(duì)線路的依賴，而且可以節(jié)約電線等材料，同時(shí)又避免了電路故障。無線電能傳輸應(yīng)用范圍很廣，若進(jìn)行技術(shù)推廣，將在醫(yī)療、生活、工業(yè)、軍事上都有很大影響，開創(chuàng)無線新時(shí)代。2007年MIT研究團(tuán)隊(duì)成功的在2米多外點(diǎn)亮一盞60W的燈，就預(yù)示著無線電能傳輸有望為人類帶來新技術(shù)革命。該文對(duì)無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。

1 無線電能傳輸原理

根據(jù)麥克斯韋定理，交變的電場產(chǎn)生變化的磁場，如圖一所示，在電路中通入交流電源，交流電在L1線圈中產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過L2線圈中感應(yīng)出感應(yīng)電流，這樣發(fā)射電路的電能就傳輸過去了。在傳輸過程中，利用諧振使得線圈的阻抗減小到最小，實(shí)現(xiàn)電能以諧振為主要路徑傳輸。

3 軟件部分

由公式[E=Ldidt]，線圈中產(chǎn)生時(shí)刻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，本設(shè)計(jì)將SPWM作為控制信號(hào)，輸出產(chǎn)生時(shí)刻變化的正弦波；由面積等效原理，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同；在將SPWM方波加在硬件的慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，輸出與正弦波效果一致。

采用SPWM波控制MOS管，軟件設(shè)計(jì)是通過單片機(jī)內(nèi)存，利用SPWM數(shù)據(jù)表的軟件，然后利用生成的數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)組儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)，調(diào)用數(shù)組產(chǎn)生SPWM波；SPWM波驅(qū)動(dòng)電路以后，在濾波器兩端實(shí)現(xiàn)等效正弦波。

4 系統(tǒng)驗(yàn)證

發(fā)射線圈以直徑為1.5mm銅線繞制而成，形狀為直徑為20cm的圓形線圈，匝數(shù)為11；接收線圈有兩個(gè)，其中一個(gè)線圈參數(shù)與發(fā)射線圈一致，另一個(gè)材料為0.8mm銅線，四股銅線并聯(lián)相互螺旋纏繞成為直徑為20cm的圓形線圈，匝數(shù)為11，在不同頻率下實(shí)驗(yàn)以測(cè)試最大效率，并得出以下結(jié)論：

第一，在控制的頻率一定下，電路中存在最佳阻抗匹配，當(dāng)實(shí)現(xiàn)最佳阻抗匹配時(shí)，電路的傳輸效率是最大的，即當(dāng)負(fù)載的輸入電阻等于輸出電阻：[Rin=Rout]。

第二，在其他參數(shù)控制不變得情況下，單股接收線圈相對(duì)于多股線圈來說，效率相對(duì)較小，因?yàn)槎喙删€圈的內(nèi)阻小，電感小，但是增加了匝數(shù)，使得接受的電能范圍增大，故效率高。

第三，實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在38cm處點(diǎn)亮了2W的白光LED，若在20cm處加一個(gè)線圈，則距離可以達(dá)到60cm，由此看來，能量存在傳輸問題，如果能夠在傳輸過程中，實(shí)現(xiàn)能量傳遞，無線傳輸距離會(huì)更遠(yuǎn)。

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