无线电能传输

曾蓉 翟月英 何一芥

【摘要】 无线电能传输（Wireless Power Transmission）是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。本论文主要利用线圈共振原理实现无线电能传输，由电生磁和磁生电两部分组成，实现了能量的最大化传输，高效率，以及长距离。

【关键词】 无线 电能传输 线圈共振

无线电能传输是利用一种特殊设备将电能转变为可无限传播的能量，在接收端又将此能量转变回电能，从而达到对用电器的无线供电。根据电能传输原理，目前无线电能传输分为：电磁感应式，电磁共振式，电磁辐射式。本文讨论电磁共振式的原理，采用两个完全相同的8匝直径为2mm铜芯线圈充当共振器，一个线圈与电源相连作为发射器；另一个与LED灯相连，充当接收器，在保持LED灯不灭的条件下，发射线圈与接收线圈间距离最大可到54cm，效率达50.1%。

一、无线电能传输组成

本系统为无线电能传输也叫非接触输电技术，是基于线圈的电磁感应原理。总体由驱动电路、LC谐振电路、整流电路、滤波电路等组成如图1。

1.1 LC并联谐振原理

把一个电容C和电感L以并联的形式接入电路，LC并联电路能够起到选频的作用。基本原理是，LC并联电路对不同频率的电流具有不同的阻抗特性，从而在回路的输出端输出大小不同的电压。所谓并联谐振即是外来信号的频率W与LC并联回路的固有频率W0（与LC的值有关）相同时产生的现象。

并联谐振回路的谐振条件：

即可得谐振回路的谐振频率：

1.2整流滤波电路分析

整流电路主要是将正弦交流通过二极管形成整流桥，将正弦交流的下半部分也变成上半部分，高频肖特基整流二极管1N5817适合在高频时使用，但具有一定的导通内阻，而电路中会因为二极管的内阻（二极管内阻就相当于电源内阻）与负载分压，导致带负载能力下降，在电路中就多用了几个二极管并联的整流桥，使内阻减小，提高效率。为了达到效率最大向负载传输，滤波电路就只用了一个100nf的电容。

1.3传输效率分析

为了提高传输效率，使接收线圈尽可能接收发射线圈产生的磁能，根据谐振频率计算公式：f=，当前级线圈与后级线圈产生谐振时，能量能达到最高效率的传输，通过调节电容和电感的大小使前级谐振电路与后级接收电路共振，从而达到最大传输率。

二、硬件电路设计

本设计硬件电路主要由发射电路和接收电路组成。

1、发射电路。发射电路由LC振荡电路和发射电路组成，其中通过电阻的串联为MOS管提供开启电压，以及给LC振荡电路荡出的正弦电压一个直流抬压；在LC振荡的基础上我们采用两个电感值为300uH的电感进行交流和直流分割，在测试当中发现240Ω电阻发烫，根据实验与理论分析，在交流回路中，240Ω与22KΩ并联，所以电流分流较大。改进的措施是采用4个240Ω先串后并，达到分流效果，使流过每个电阻的电流减小，发热减小，用4个电阻后散热面积也变大了。LC谐振须与后级匹配，在实验中要慢慢调试。

2、接收电路。接收端要求输入直流电流，而接收线圈与电容谐振后得到高频的交流电流，因此必须整流，得到直流电流。又因为电流是高频的，器件做热功容易损耗电能，因此需要并入六个小电容滤波，减少损耗。

该无线电能传输装置的效率η： （U1为输入电压，U2为输出电压，I1为输入电流，I2为输出电流）

三、测试结果分析

在输入电压为15V， 输入直流电流不大于1A，效率可达50.1%，负载为2只串联的1W的LED灯，保证灯不灭条件下的收发线圈距离测试结果如表1所示：

测试结果可以看出在保持LED灯不灭的条件下，发射线圈与接收线圈间距离最大为54cm。

作者简介：

曾蓉（1983--），女，汉族，湖北咸宁人，硕士学历，武大珞珈学院讲师，研究方向：电子信息

翟月英（1983-），女，汉族，湖北武穴人，硕士学历，武汉大学珞珈学院讲师，研究方向：电子信息

何一芥（1984--）女，汉族，湖北，硕士，武汉大学珞珈学院讲师，研究方向：电信工程

参 考 文 献

[1] 白明侠，黄昭. 无线电力传输的历史发展及应用[J]. 湘南学院学报，2010

[2] 武瑛，严陆光. 新型无接触电能传输系统的性能分析[J]. 电工电能新技术，2003年04期

[3] 鲁晓栋，聂一雄. 无接触电力传输系统中耦合线圈的设计[J]. 电工技术，2009年04期