無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)及應(yīng)用.ppt

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1、無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)及應(yīng)用姓名：李灝專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)號(hào)：SX1505101主要內(nèi)容13無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理與特性2無(wú)線(xiàn)電能傳輸在植入醫(yī)療器械中的應(yīng)用無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介電能的無(wú)線(xiàn)傳輸這一概念的提出最早可以追溯到19世紀(jì)末期。1893年，NikolaTesla在芝加哥舉行的世界博覽會(huì)上首次展示了通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式供電的熒光照明燈。1891年Tesla向外展示無(wú)線(xiàn)傳輸原理無(wú)線(xiàn)電能傳輸(wirelesspowertransfer,WPT),又稱(chēng)為無(wú)接觸式電能傳輸(contactlesspowertransferCPT)，指的是

2、電能從電源到負(fù)載的一種沒(méi)有經(jīng)過(guò)電氣直接接觸的能量傳輸方式。無(wú)線(xiàn)電能傳輸一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MassachusettsInstituteofTechnology)MIT)的MarinSoljacic教授等人基于磁耦合諧振原理在中等距離無(wú)線(xiàn)電能傳輸方面取得了新進(jìn)展。他們“隔空”點(diǎn)亮了1盞離電源2m開(kāi)外的60W燈泡，效率達(dá)到了40%，并在《Science》雜志上發(fā)表了其研究成果，引起了世界轟動(dòng)。隨后，世界各地的研究人員對(duì)無(wú)線(xiàn)電能傳輸開(kāi)展了越來(lái)越多的研究。無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介MIT無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置和實(shí)驗(yàn)組成員無(wú)線(xiàn)電能傳輸技

3、術(shù)簡(jiǎn)介無(wú)線(xiàn)電能傳輸分類(lèi)無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介空間太陽(yáng)能發(fā)電站SHARP項(xiàng)目中微波供電樣機(jī)微波輻射式無(wú)線(xiàn)電能傳輸及相關(guān)應(yīng)用能量輸入能量輸出無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介感應(yīng)耦合式無(wú)線(xiàn)電能傳輸及相關(guān)應(yīng)用感應(yīng)式無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)就是利用了法拉第電磁感應(yīng)定律，將輸入線(xiàn)圈與輸出線(xiàn)圈臨近放置，使輸入線(xiàn)圈流入交變電流，進(jìn)而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在輸出線(xiàn)圈感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，完成無(wú)線(xiàn)電能傳輸，整個(gè)過(guò)程是電能一磁場(chǎng)能一電能的轉(zhuǎn)化方式。應(yīng)用充電式電動(dòng)汽車(chē)植入電子藥療個(gè)人電子消費(fèi)產(chǎn)品日常家電無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介充電式電動(dòng)汽車(chē)諾基亞Lumia920無(wú)線(xiàn)充電無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介電磁耦合

4、諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)是由麻省理工學(xué)院(MIT）MarinSoljacic教授于2006年美國(guó)物理學(xué)會(huì)工業(yè)物理論壇上首次提出的，其工作原理是利用兩個(gè)具有相同諧振頻率且具有高品質(zhì)因數(shù)的電磁系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)射線(xiàn)圈以某一特定頻率工作時(shí)，在與之相距一定的距離的接收線(xiàn)圈通過(guò)分布式電容與電感的耦合作用，產(chǎn)生電磁耦合諧振，高頻電磁能量在兩線(xiàn)圈之間發(fā)生大比例交換，當(dāng)接收線(xiàn)圈上接有負(fù)載時(shí)，負(fù)載會(huì)將一部分能量吸收，從而實(shí)現(xiàn)了電能的無(wú)線(xiàn)傳輸。無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介MIT螺旋式無(wú)線(xiàn)電能傳輸樣機(jī)美國(guó)高通公司生產(chǎn)的多終端充電臺(tái)海爾無(wú)尾電視磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理與特性一、基

5、本傳輸結(jié)構(gòu)兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)四線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理與特性諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)最基本的實(shí)現(xiàn)方式是采用兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，即直接將高頻電源與發(fā)射線(xiàn)圈連接，負(fù)載與接收線(xiàn)圈連接，通過(guò)線(xiàn)圈本身的分散電容或集中補(bǔ)償電容實(shí)現(xiàn)諧振，采用兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的電路模型簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。但是，采用兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型，將嚴(yán)重限制系統(tǒng)的傳輸距離，盡管實(shí)現(xiàn)諧振，系統(tǒng)的傳輸距離也很難滿(mǎn)足要求，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)只有發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈時(shí)，隨著兩線(xiàn)圈距離的微小增加，兩線(xiàn)圈之間的耦合系數(shù)將急劇減小，從而使傳輸效率急劇下降。為了提高傳輸距離，研究人員提出四線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型，四線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)是在兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的

6、基礎(chǔ)上增加了電源線(xiàn)圈和負(fù)載線(xiàn)圈，之所以采用四個(gè)線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)，是因?yàn)楫?dāng)發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的距離提高到中等距離后，雖然兩線(xiàn)圈之間的耦合系數(shù)很小，但是可以通過(guò)調(diào)整電源線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈的耦合系數(shù)以及接收線(xiàn)圈與負(fù)載線(xiàn)圈的耦合系數(shù)，保證系統(tǒng)獲得最佳的阻抗匹配，從而獲得較高的傳輸效率。磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理與特性二、近場(chǎng)理論磁諧振耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸是在近區(qū)場(chǎng)進(jìn)行的，在近區(qū)場(chǎng)電磁場(chǎng)能量不向外輻射，即非輻射性磁耦合。另外，近區(qū)場(chǎng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為弱場(chǎng)，進(jìn)入遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的電磁場(chǎng)波將不能返回對(duì)線(xiàn)圈產(chǎn)生諧振作用，而在近區(qū)場(chǎng)電磁場(chǎng)的能量基本上在發(fā)射端與接收端之間

7、周期性的來(lái)回流動(dòng)。距離發(fā)射線(xiàn)圈中心的范圍內(nèi)為系統(tǒng)傳輸電能的有效區(qū)域，超出此區(qū)域系統(tǒng)將不能有效地傳送電能。從這個(gè)角度也可說(shuō)明磁諧振耦合式無(wú)線(xiàn)輸電的距離主要是在近場(chǎng)區(qū)。磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理與特性三、耦合模理論磁諧振耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)是耦合模理論(Coupled-ModeTheory)，其基本思想是在兩諧振模式間通過(guò)恰當(dāng)?shù)伛詈?，即載流線(xiàn)圈之間通過(guò)彼此磁場(chǎng)的相互聯(lián)系，在某一確定頻率下產(chǎn)生諧振，形成能量在兩個(gè)諧振腔之間的全轉(zhuǎn)移，從而獲得高效率的能量轉(zhuǎn)移，而其他偏離諧振頻率的物體之間的相互作用較弱，對(duì)能量傳輸影響較小。磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能

8、傳輸原理與特性四、電路理論利用兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的等效電路圖，根據(jù)基爾霍夫定律，可得到兩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的回路方程：當(dāng)電源頻率等于系統(tǒng)自諧振頻率時(shí)，發(fā)生諧振，此時(shí)有：方程組可進(jìn)一步