電dian能neng應ying用yong技ji術shu中zhong有you一yi個ge共gong同tong目mu標biao，那na就jiu是shi能neng源yuan應ying用yong的de便bian捷jie性xing，即ji在zai所suo需xu時shi能neng夠gou立li即ji有you充chong足zu能neng量liang提ti供gong。特te別bie是shi對dui移yi動dong設she備bei
，減jian少shao對dui電dian網wang的de依yi賴lai就jiu十shi分fen重zhong要yao，消xiao除chu設she備bei上shang供gong電dian電dian纜lan可ke以yi提ti高gao設she備bei應ying用yong的de便bian利li性xing。因yin此ci
，使shi用yong無wu線xian充chong電dian（也稱為無接觸電能轉換：Contactless  Power Transfer）技術可以解決設備供電問題

，提高了設備應用的舒適和方便特性
，特別是不再有被電擊的可能性。

 

無線充電在電動車應用中非常方便，包括電動汽車、diandongzixingchedeng。tamenkeyizaitingcheshitongguowuxianchongdianwanchengdiannengbuchong，shenzhikeyizaiyunxingguochengzhongliyongwuxianchongdianwanchengdiannengshouge。xiangbiyuchuantongshiyongdianlanchongdian，wuxianchongdianzaichongdianxiaolvshanghuidiyixie，qizhongdeyuanyinshiyouyufasonghejieshouwuxiandianouhe線圈之間的磁場泄露。

 

zaidishiliujiequanguodaxueshengzhinengqichejingsaizhong，youyigejingsaitimushijienengxinbiaozu。tayiwuxianchongdianjishuweiyingyongbeijing，yaoqiushejichunenggougaoxiaoshougediannengdianlu
、高效運行的智能小車在無線磁場導引下完成信標之間的遍曆。

 

為了提高比賽節奏，減少無線節能車模停止時間，無線信標在無線電能輸出級的電能功率可以達到100W，這樣可以在幾秒鍾內完成對車模電能的補充，使其運行到下一個信標。

 

本文下麵給出了無線充電發送與接受相關的一些實驗內容。

 

發送與接收

 

實驗所采用的無線發送與接受電路框架如下圖所示。使用MOS半橋電路驅動將直流電能轉換成交流信號發送線圈L1，附件的接收線圈L2通過電磁耦合將磁場轉換成電能，並通過整流橋將交流電壓重新轉換成直流電源。

 

串聯電容C1
，C2分別與L1,L2形成串聯諧振
，抵消漏磁對能量傳送的影響。

 

無線電能發送與接受電路框架

 

無(wu)線(xian)電(dian)能(neng)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)是(shi)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)。頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)對(dui)於(yu)傳(chuan)送(song)線(xian)圈(quan)的(de)體(ti)積(ji)要(yao)求(qiu)越(yue)小(xiao)，但(dan)同(tong)時(shi)也(ye)會(hui)提(ti)高(gao)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)的(de)損(sun)耗(hao)。由(you)於(yu)在(zai)智(zhi)能(neng)車(che)競(jing)賽(sai)中(zhong)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)能(neng)傳(chuan)送(song)還(hai)肩(jian)負(fu)著(zhe)電(dian)磁(ci)導(dao)航(hang)的(de)功(gong)能(neng)，因(yin)此(ci)適(shi)當(dang)提(ti)高(gao)震(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)接(jie)受(shou)線(xian)圈(quan)尺(chi)寸(cun)以(yi)及(ji)導(dao)航(hang)線(xian)圈(quan)的(de)體(ti)積(ji)。在(zai)下(xia)麵(mian)實(shi)驗(yan)中(zhong)，設(she)計(ji)震(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)大(da)約(yue)在(zai)100kHz左右。

 

為了減少導線在高頻信號下集膚效應，采用200股紗包線製作耦合線圈。下麵是製作的兩個相同的線圈，匝數為9匝，線圈直徑大約17厘米。一個用於電能發送，有個用於電能接收。

 

線圈的參數：

 

●     電感：L0=29μH， 電阻：R0=0.086Ω

●     兩個線圈L1，L2之間存在電磁互感M，它與兩個線圈的形狀以及相互之間的距離有關係。

 

滑軌帶動線圈逐步遠離

 

通過在其中一個線圈中施加交流信號，測量另外一個線圈內感應電動勢可以獲得兩個線圈之間的電磁互感M，從而可以計算出線圈之間的互感係數：

 

 

其中，L1,L2是兩個線圈各自的電感量。如下顯示了線圈之間的互感係數隨著距離的增加而降低的情況。

 

不同距離下的互感係數

 

使用兩個47nF的電容並聯，作為C1,C2，根據線圈的電感量，可以計算出諧振頻率大約為：

 

 

通過快速製板方法，可以搭建起實驗係統，測試無線電能傳輸效果。在實驗中，掛接在接收線圈整流橋上的負載電阻為一個100W的，0~20Ω的可調電阻。

 

測試電路

 

功率與效率

 

首先測試了在不同負載電阻下，係統傳送功率與效率。

 

測試條件為：

 

●     工作電壓：U1=24V

●     兩個線圈之間間距：3.5厘米

 

下表顯示了在不同的負載電阻下
，無線傳輸功率與效率：

 

 

從(cong)上(shang)圖(tu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)越(yue)大(da)，輸(shu)出(chu)的(de)功(gong)率(lv)和(he)效(xiao)率(lv)就(jiu)越(yue)大(da)。這(zhe)一(yi)點(dian)與(yu)普(pu)通(tong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)能(neng)特(te)性(xing)不(bu)太(tai)一(yi)樣(yang)。為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)將(jiang)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)電(dian)能(neng)有(you)效(xiao)充(chong)入(ru)智(zhi)能(neng)車(che)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)
，其(qi)中(zhong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)才(cai)行(xing)。

 

在前麵分析中
，需要發送和接受線圈都工作在串聯諧振狀態下。如果電路中的電感
、電容沒有在工作頻率發生諧振，則傳輸的功率就會下降。

 

下圖顯示了電路在不同工作頻率，實際測量所得到的發送功率
、接收輸出功率以及傳輸效率曲線。

 

不同頻率與功率和效率

 

可以看到係統隻有在諧振頻率附近，在相同的負載上傳送的功率才會很大。

 

在輸入和輸出都是串聯諧振的情況下，係統的傳送效率公式為：

 

 

在原邊和負邊的電路電阻R1,R2都比較小的情況下


，係統傳送效率基本是一個常數。

 

實驗部分電路

 

結束語

 

前麵驗證了一種設計製作的無線電能傳送係統在100W範圍內的傳送功能與效率，在接收線圈調諧在100kHz左右時實現的80%左右的傳送效率。這種接收線圈采用了200股紗包線繞製而成，對於節能信標組車模來將稍微顯得尺寸大了些。為此，需要對接受線圈在接受功率、重量、尺寸等方麵進行綜合優化。

 

 

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