电能给人类带来巨大的发展,然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落,给人们带来极大的不便,因此人类一直有摆脱电线的束缚实现电能无线传输的梦想。迄今为止,人们提出了三种电能无线传输方式:一是微波线电能传输方式。该方式利用无线电波收发原理传输电能,传输功率只能在几毫瓦至一百毫瓦之间,应用范围不大;二是电磁感应无线电能传输方式。该方式利用变压器原副边耦合原理传输电能,传输功率大,效率高,但距离很近,仅在1cm内,目前已在轨道交通方面应用;三是谐振耦合电能无线传输方式。该方式利用电路中电感电容谐振原理传输电能,理论上电能的传输功率、传输距离不受限制。该技术的传输距离和功率从2007年的2m、60w,进展到2008年底的5m、800w,是当前最有希望突破传输距离和传输功率的一种电能无线传输技术,但该技术还存在谐振线圈尺寸过大和容易失谐等问题。该文追踪国际研究热点,力图解决谐振耦合电能无线传输方式中收发线圈谐振频率失谐的问题。该文从谐振耦合电能无线传输系统的电路模型入手,分析了系统各部分参数与传输效率之间的关系,研究发现发射线圈电感量的变化对传输效率的影响较大,而接收线圈电感量的变化对效率影响较小,进而提出采用锁相环频率跟踪的技术,确保收发线圈工作在谐振频率上,保证系统的传输效率,最后用实验结果验证了所设计的频率跟踪系统的可行性。该文的成果对谐振耦合电能无线传输方式的实际应用有重要的指导意义。
1引言
电能无线传输一直是人类的梦想,许多国内外科学家对此进行不断的研究。然而迄今为止,大部分的无线传输都还只是基于松散耦合的非接触电磁感应型及电波收发型定的研究基础
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。关于这两者已有一
,并在日常生活得到应用,如电动牙刷、家用无绳电话等。虽然松散耦合非接
触电能无线传输效率高达80,但其传输距离仅限在1cm内;而电波收发型传输距离可达10m,但传输功率只在1mw~100mw范围内,且无线电波向四周散射,效率极低。由此可见,由于传输效率和距离不可兼得的矛盾,上述两种无线传输方法的应用范围还不是很广泛,而且在安全方面
f也存在效率低导致发热量大的问题
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。与这些方法相比,基于谐振耦合原理的电能无线传输能
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在5m范围以内传输,特定条件下传输效率可达40以上,是一种应用范围更宽的新型技术
。
另外,与电磁感应型相比,谐振耦合采用的磁场要弱得多,却可以实现更远的传输距离;与电磁波收发型相比,谐振耦合传输时能量r