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
、電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)等(deng)。它(ta)們(men)可(ke)以(yi)在(zai)停(ting)車(che)時(shi)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)完(wan)成(cheng)電(dian)能(neng)補(bu)充(chong)，甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)利(li)用(yong)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)完(wan)成(cheng)電(dian)能(neng)收(shou)割(ge)。相(xiang)比(bi)與(yu)傳(chuan)統(tong)使(shi)用(yong)電(dian)纜(lan)充(chong)電(dian)，無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)在(zai)充(chong)電(dian)效(xiao)率(lv)上(shang)會(hui)低(di)一(yi)些(xie)，其(qi)中(zhong)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)由(you)於(yu)發(fa)送(song)和(he)接(jie)受(shou)無(wu)線(xian)電(dian)耦(ou)合(he)線圈之間的磁場泄露。

 

在zai第di十shi六liu屆jie全quan國guo大da學xue生sheng智zhi能neng汽qi車che競jing賽sai中zhong，有you一yi個ge競jing賽sai題ti目mu是shi節jie能neng信xin標biao組zu。它ta以yi無wu線xian充chong電dian技ji術shu為wei應ying用yong背bei景jing
，要yao求qiu設she計ji出chu能neng夠gou高gao效xiao收shou割ge電dian能neng電dian路lu、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zai100kHz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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