刘天阳简易无线充电装置研制.doc

第一章 绪论 无线充电是一项令人兴奋的技术。顾名思义，无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电，无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目其方便性可以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品；由于这产技术相当新颖且各厂商有自己对技术的表述，所以无线充电、感应式电力、非接触充电、无接点充电都是泛指相同的技术，距离1mm到数公尺都是一样是无线，供电端与受电端交互作用就称感应，所以无线充电是广义的名词没有一定的规格。2010年3月，第一辆无线充电电动车在韩国京畿道果川市的首尔大公园试运行。这种电动车在铺有电感应带的路面上行驶时可以无线充电，而不用像传统电动车那样需要通过路轨或车顶电线获得电力。该车被称作网E电动车，由植入地面下约5 cm处的充电带提供电力驱动。实验表明，无线充电系统中所使用的磁场对人体健康并无危害，通过使用分割技术，分几个部分提供电力，所产生的磁场强度被最小化。据介绍，“在线”电动车不需直接与电感应带接触。这种在线电动车系统运行费用仅为一般电车的1／3，非常适合我国仍有电车运行的城市。 第五，无线充电技术还可以提高设备的安全性，尤其是一些在潮湿环境中工作的设备，外露的充电接口是潜在的安全隐患。使用无线充电技术，能量接收端内置于设备中，设备的外表面就可以全封闭了。 最重要的是，从宏观上看，如今人类对电能的热爱非常强烈，消耗越来越大，乱如麻的电线和污染环境的电池，带来更多的困挠，无线充电技术是解决这些问题很好的途径。 1.2国内外研究现状和发展趋势 无线充电技术目前可通过三种方式实现：电磁感应式(利用电流通过线圈产生磁场实现近程无线供电)、磁场共振式(利用磁耦合共振效应近程无线供电)、电波辐射式(电力转换成电波以辐射传输供电) [3]。 1.2.1 电磁感应方式 电磁感应式是使用最广的一种方式，其原理类似于分离的空心变压器。飞利浦的电动牙刷就是此类应用。目前许多公司都在开发这方面的技术。但电磁感应技术的一个不足就是用以传递能量的变化磁场，会随着两个线圈的距离增加而迅速减小，所以传输距离非常有限。 目前常见的充电垫也是利用了电磁感应原理，将多个电子产品，如手机、相机、MP3等放到同一个充电垫上，能进行同时充电，而且无需精确定位，原因是充电垫内装有密集的小型线圈阵列，能在各个方向上建立磁场。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，它附着于电子设备的充电电池上，充电时置于充电垫磁场中的接收线圈就会产生感应电流，能量就从发射端传输到接收端。由于充电垫产生的磁场很弱，所以不会对附近的信用卡、录像带等利用性记录数据的物品造成不受影响。该解决方案提供商包括英国Splash power、美国wild Charge等公司。这种接触式无线电力传输方式的优点是制造成本较低、结构简单、技术可靠，但是传输功率较小、传送距离短，一般只适用于为小型便携式电子设备供电。 1.2.2电磁耦合共振方式 07年MIT的一个无线供电的研究成果使世界为之一叹[4]，其背后的原理就是电磁耦合共振。 在07年，MIT的助理教授马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)和他的研究小组在长达4年的实验研究中终于获得重大突破。他们在实验中使用了两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端2m以外的一盏60W灯泡。而且，即使在电源与灯泡中间摆上木头、金属或其它电器，都不会影响灯泡发光而接收器则利用共振线圈吸收射频电波。ICPT（感应耦合电能传输）技术在国内还刚刚起步，西安石油学院的李宏在2001年第2期的《电气传动》上发表了一篇相关的综述性文章。近年中科院院士严陆光和西安交通大学的王兆安等人也开始对该新型电能接入技术进行了研究，并在国内杂志上发表了几篇文章。重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组自2001年便开始了对国内外非接触式电能接入技术相关基础理论与实用技术的密切跟踪和研究，并与国际上在该领域研发工作处于领先水平的新西兰奥克兰大学波依斯(Pro．Boys)教授为首的课题组核心成员Patrick Aiguo Hu(呼爱国)博士进行了深层次的学术交流与科技合作，在理论和技术成果上有了较大的突破。2007年2月，课题组攻克了非接触感应供电的关键技术难题，建立了完整的理论体系，并研制出了非接触电能传输装置，该装置能够实现600至1000W的电能输出，传输效率为70％，并且能够向多个用电设备同时供电，即使用电设备频繁增减，也不会影响其供电的稳定性。 目前国内主要的研究方向集中在系统谐振频率及原副边的补偿电路拓扑等方面，基本上都还处在理论领域进行研究，在应用领域最近两年才有所突破，但都还停留在实验室阶段。 1.3设计要求和实现思路 任务：设计一个无线感应的充电装置 目