无线电能传输系统的设计与研究

白莎　吕维　李财

摘要：无线电能传输的实现能够减少电能在传输过程中电路的设计、减少电路故障以及提高电路的安全性能。系统设计一种无线电能传输装置，通过将直流电源转换为高频交流电源，以时刻交替变换的电场产生磁场发射出去，变化的磁场穿过接受线圈以后，同样感应出电能，以此实现电能的传输。

关键词：电能传输；SPWM；全桥逆变

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）04-0204-02

Abstract： Wireless can transmit the implementation to reduce electric energy in the process of transmission circuit design， reduce the circuit fault and the improvement of safety performance. System can design a wireless electric energy transmission devices， by using high frequency ac power， dc power is converted to the emission of alternating electric field produces magnetic field with time of change， after changing magnetic field through the receiving coil， induction the same power， to achive power transmission.

Key words： power transmission；SPWM； full-bridge invention

自特斯拉以来，无线电能传输是人类长久以来的梦想，无线电能传输不仅能够减少对线路的依赖，而且可以节约电线等材料，同时又避免了电路故障。无线电能传输应用范围很广，若进行技术推广，将在医疗、生活、工业、军事上都有很大影响，开创无线新时代。2007年MIT研究团队成功的在2米多外点亮一盏60W的灯，就预示着无线电能传输有望为人类带来新技术革命。该文对无线电能传输系统进行了设计和研究。

1 无线电能传输原理

根据麦克斯韦定理，交变的电场产生变化的磁场，如图一所示，在电路中通入交流电源，交流电在L1线圈中产生变化的磁场，变化的磁场通过L2线圈中感应出感应电流，这样发射电路的电能就传输过去了。在传输过程中，利用谐振使得线圈的阻抗减小到最小，实现电能以谐振为主要路径传输。

3 软件部分

由公式[E=Ldidt]，线圈中产生时刻变化的电场产生变化的磁场，本设计将SPWM作为控制信号，输出产生时刻变化的正弦波；由面积等效原理，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同；在将SPWM方波加在硬件的惯性环节上时，输出与正弦波效果一致。

采用SPWM波控制MOS管，软件设计是通过单片机内存，利用SPWM数据表的软件，然后利用生成的数据形成一个数组储存在单片机内，调用数组产生SPWM波；SPWM波驱动电路以后，在滤波器两端实现等效正弦波。

4 系统验证

发射线圈以直径为1.5mm铜线绕制而成，形状为直径为20cm的圆形线圈，匝数为11；接收线圈有两个，其中一个线圈参数与发射线圈一致，另一个材料为0.8mm铜线，四股铜线并联相互螺旋缠绕成为直径为20cm的圆形线圈，匝数为11，在不同频率下实验以测试最大效率，并得出以下结论：

第一，在控制的频率一定下，电路中存在最佳阻抗匹配，当实现最佳阻抗匹配时，电路的传输效率是最大的，即当负载的输入电阻等于输出电阻：[Rin=Rout]。

第二，在其他参数控制不变得情况下，单股接收线圈相对于多股线圈来说，效率相对较小，因为多股线圈的内阻小，电感小，但是增加了匝数，使得接受的电能范围增大，故效率高。

第三，实验时，实现了在38cm处点亮了2W的白光LED，若在20cm处加一个线圈，则距离可以达到60cm，由此看来，能量存在传输问题，如果能够在传输过程中，实现能量传递，无线传输距离会更远。

参考文献：

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