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2017無線充電技術(shù)論文

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2017無線充電技術(shù)論文

  無線充電技術(shù)是兩者之間不用電線連接,因此充電器及用電的裝置都可以做到無導(dǎo)電接點(diǎn)外露。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的2017無線充電技術(shù)論文,希望你能從中得到感悟!

  2017無線充電技術(shù)論文篇一

  淺析諧振耦合式無線充電技術(shù)

  【摘要】 諧耦耦合式能量無線傳輸技術(shù)是一種新型的電能傳輸技術(shù),具有重要的研究價(jià)值和實(shí)用價(jià)值,因而受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注。本文介紹了諧振耦合式無線充電技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并針對該技術(shù)在電能傳輸上存在的部分疑難問題提出了相應(yīng)的解決方向,然后闡述了該技術(shù)與RFID、智能家居、電動(dòng)車等領(lǐng)域的創(chuàng)新結(jié)合,最后展望了其發(fā)展前景。

  【關(guān)鍵詞】 諧振耦合 無線充電 RFID 智能家居

  一、引言

  所謂無線充電技術(shù)通常指的是電能的無線傳輸技術(shù),通俗的說,就是不借助實(shí)物連線實(shí)現(xiàn)電能的無線傳達(dá)。這樣做的好處是方便、快捷,減少在苛刻條件下使用電纜帶來的危險(xiǎn)性等。關(guān)于無線充電技術(shù)的研究開始較早,早在1900年,尼古拉・特拉斯就開始無線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn),經(jīng)過一百多年的發(fā)展,關(guān)于無線傳電的方法多種多樣,但是基本原理大概可以分為以下三種:電磁感應(yīng)式、無線電波式、諧振耦合式,通過非輻射磁場內(nèi)兩線圈的共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)中距離的無線供電。

  從表1對比可知, 諧振耦合式無線充電技術(shù)的非輻射性、高效率等優(yōu)點(diǎn)是其它無線充電技術(shù)無法相比的。所謂諧振耦合式就是利用接收線圈的電感和并聯(lián)的電容形成共振回路,在接收端也組成同樣共振頻率的接收回路,利用諧振形成的強(qiáng)磁耦合來實(shí)現(xiàn)高效率的無線電能傳輸。該技術(shù)的出現(xiàn)引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的巨大興趣,被公認(rèn)為目前最具發(fā)展前景的一種無線能量傳輸技術(shù)方案。

  但是目前基于諧振耦合式的無線充電技術(shù)的研究偏向理論化,缺乏對實(shí)際應(yīng)用有定量指導(dǎo)意義的研究成果,同時(shí)此技術(shù)傳輸功率較小遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能完成大功率能量傳輸,也存在著能量損失較高等缺陷。但毋庸置疑,諧振耦合式無線充電技術(shù)對充電設(shè)備位置的靈活性以及充電設(shè)備的高效匹配性具有重要的實(shí)用價(jià)值。

  二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

  無線能量傳輸?shù)臉?gòu)想最早可以追溯到19世紀(jì)80年代,由著名電氣工程師(物理學(xué)家)尼古拉・特斯拉(Nikola Tesla)提出。為證實(shí)這一構(gòu)想,特斯拉建造了巨大的線圈用于實(shí)驗(yàn)使用。由于實(shí)驗(yàn)耗資巨大,最終因財(cái)力不足沒有得到實(shí)現(xiàn),隨后也一直被技術(shù)發(fā)展水平所限制。

  國外對無線充電技術(shù)的研究開展的比較早。1968 年,美國著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無線能量傳輸(WPT)概念的基礎(chǔ)上提出了衛(wèi)星太陽能電站(SSPS)的概念。隨后美國,日本和歐洲等國都試圖把這項(xiàng)技術(shù)作為獲取新能源的手段,但由于該方案在技術(shù)上要求很高,故在實(shí)際使用上存在一定的局限性。隨后,一家名為 Powercast 的公司推出了一款利用無線電波充電的充電裝置,實(shí)現(xiàn)了距離為1米左右的低功率無線充電。

  另一方面,在20世紀(jì)70年代,美國出現(xiàn)了電磁感應(yīng)能量傳輸原理的無線電動(dòng)牙刷。這項(xiàng)應(yīng)用的傳輸功率和傳輸距離都不是很理想,但其無線的特征卻恰好滿足了其特殊條件下的應(yīng)用要求。近年來,美國、日本、新西蘭、德國等國家相繼在這項(xiàng)技術(shù)上繼續(xù)深入研究,目前已經(jīng)研發(fā)了很多實(shí)用的產(chǎn)品:美國通用汽車公司研制出的 EV1 型電車;日本大阪幅庫公司研制出的單軌型車和無電瓶自動(dòng)貨車;2013年10月,瑞典汽車制造商沃爾沃聲稱成功地研制出電磁感應(yīng)式無線充電汽車。

  國內(nèi)對無線充電技術(shù)的研究相對較晚。目前在無線電波和電磁感應(yīng)無線能量傳輸方面取得的主要成果有:2005年8月,香港城市大學(xué)電子工程學(xué)系教授許樹源教授宣布成功研制出“無線電池充電平臺(tái)”;中科院嚴(yán)陸光院士帶領(lǐng)的研究小組從高速軌道交通的角度對運(yùn)動(dòng)型應(yīng)用進(jìn)行了性能分析;2007年2月,重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院非接觸電能傳輸技術(shù)研發(fā)課題組突破技術(shù)難點(diǎn),設(shè)計(jì)的無線電能傳輸裝置實(shí)現(xiàn)了600至1000W的電能輸出,傳輸效率達(dá)到 70%。

  諧振耦合式方案是2006年由美國麻省理工學(xué)院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)提出來的。并于 2007 年 7 月 6 日在科學(xué)雜志《Science》上發(fā)表成果文獻(xiàn)。團(tuán)隊(duì)利用該方案,成功的點(diǎn)亮了距離為2米外的一個(gè)60 瓦的燈泡,傳輸效率為40%左右。此項(xiàng)稱為“Witricity”技術(shù),該技術(shù)樹立了無線充電技術(shù)發(fā)展史的里程碑。一年后,Marin Soljacic團(tuán)隊(duì)聲稱已將傳輸效率提高至90%。

  由于該技術(shù)極具前景和市場,世界各國的相關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也不約而同的進(jìn)行深入研究。2010 年 1 月,海爾在美國拉斯維加斯舉行的國際消費(fèi)電子展(CES)上展出了最新概念產(chǎn)品無尾電視。一方面,產(chǎn)品運(yùn)用無線通信技術(shù)傳輸視頻信號(hào);另一方面,又使用諧振耦合式充電技術(shù)供電,真正實(shí)現(xiàn)了無線化。

  三、發(fā)展疑難點(diǎn)及解決方案

  3.1 如何克服干擾源的影響

  無線能量傳輸系統(tǒng)工作在包含各種用電設(shè)備的電磁環(huán)境中,易受到外界電磁源的干擾。一方面,磁耦合諧振無線能量傳輸系統(tǒng)以磁場為能量傳輸介質(zhì),任何能感應(yīng)到磁場的元件都可能成為負(fù)載,這種情況為無源干擾源,稱為負(fù)載類干擾,干擾源稱為負(fù)載類干擾體;另一方面,外磁場也會(huì)影響能量傳輸系統(tǒng)的磁場,這種情況為有源干擾,其干擾源為干擾場源。這些干擾都會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸效率。根據(jù)無線輸電原理,本文提出以下兩個(gè)解決方案:(1)選擇隔磁的充電空間。為了避免干擾源對能量傳輸系統(tǒng)的影響,可以把能力傳輸系統(tǒng)與干擾源隔離,故可以利用電磁屏蔽技術(shù),使系統(tǒng)不受外界干擾源影響。電磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰減來隔離電磁場的耦合,所以可以制作屏蔽體,來保護(hù)系統(tǒng)免受外界電磁波干擾。如屏蔽導(dǎo)電漆就是能用于噴涂的一種油漆,干燥形成漆膜后能起到導(dǎo)電的作用,從而屏蔽電磁波干擾。(2)控制能量傳輸系統(tǒng)的諧振頻率。由磁耦合諧振式無線能量傳輸機(jī)理的研究知,能量傳輸系統(tǒng)對干擾源的頻率十分敏感。在實(shí)際應(yīng)用中,0.5~25MHz 尚屬于空白應(yīng)用頻率段,因此可以在設(shè)計(jì)能量傳輸系統(tǒng)的時(shí)候,使系統(tǒng)的諧振頻率滿足電磁耦合的同時(shí)盡量處于0.5~25MHz之間,這樣有可能降低實(shí)際應(yīng)用中的電子設(shè)備對無線能量傳輸系統(tǒng)的影響。   3.2 如何提高傳輸距離

  美國麻省理工學(xué)院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功地點(diǎn)亮了距離為 2 米外的一個(gè) 60 瓦的燈泡。但目前這種技術(shù)的最遠(yuǎn)充電距離只能達(dá)到2.7m,傳輸距離較近嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。由于傳輸距離的遠(yuǎn)近與能量傳輸系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)密切相關(guān),現(xiàn)提出如下解決思路:改變電路參數(shù)角度來提高傳輸距離。研究表明,傳輸距離受到頻率、線圈參數(shù)等的影響。線圈的諧振頻率越高,傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn);線圈的線徑越大,傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn);線圈的直徑越大,傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn);線圈的匝數(shù)越多,近距離傳輸效果強(qiáng)于遠(yuǎn)距離傳輸效果。因而可以綜合頻率、線圈參數(shù)等因素,選定合適的電路器件,使系統(tǒng)傳輸距離較遠(yuǎn)。

  3.3 是否存在有害電磁輻射

  磁耦合諧振式無線充電技術(shù)的原理告訴我們,由于電感線圈的存在,必然會(huì)產(chǎn)生磁力線輻射,那么這樣的磁場會(huì)不會(huì)造成電磁輻射危害人們的身心健康呢?在電流的輻射方面,目前無線充電器基本上將交流電整流后轉(zhuǎn)換為直流電,且功率極小,業(yè)內(nèi)人士也一直在強(qiáng)調(diào)理論上對人的健康不構(gòu)成威脅。但是輻射的問題,現(xiàn)在也只是停留在理論分析上,到底會(huì)不會(huì),依舊是需要更進(jìn)一步的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,只能讓時(shí)間來證明。

  四、發(fā)展前景及創(chuàng)新

  4.1 RFID與無線充電技術(shù)的融合

  射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場或電磁場)傳播來實(shí)現(xiàn)無接觸式信息傳遞并通過所傳遞信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別自標(biāo)的一種技術(shù),將RFID技術(shù)與無線充電技術(shù)相結(jié)合,對每個(gè)無線充電設(shè)備嵌入RFID電子標(biāo)簽,讀寫器通過射頻信號(hào)同電子標(biāo)簽進(jìn)行通信,保證被充電設(shè)備與充電系統(tǒng)的完全分離,實(shí)現(xiàn)能量的高效率無線傳輸。

  4.2 智能家居與無線充電技術(shù)融合

  智能家居是物聯(lián)化的一個(gè)體現(xiàn),最終發(fā)展方向之一是終端無線化。應(yīng)用無線充電技術(shù),可以使各家電系統(tǒng)自動(dòng)獲取電能,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能家居的自動(dòng)控制化。但在無線輸電過程中產(chǎn)生的磁場是否會(huì)影響到各級(jí)系統(tǒng)裝置的正常工作有待進(jìn)一步考證。如果相互影響問題得到有效的解決,無線充電設(shè)備與常規(guī)家電設(shè)備能有效共存,則是智能家居與無線充電兩大領(lǐng)域的完美結(jié)合,勢必進(jìn)一步改變?nèi)祟惿睢?/p>

  4.3 電動(dòng)汽車與無線充電技術(shù)融合

  無線充電技術(shù)對手機(jī)等小型電子產(chǎn)品而言,是個(gè)錦上添花的新功能,對電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)而言,則可能是啟動(dòng)整個(gè)市場的關(guān)鍵。對電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電,沒有外露的連接器,可以徹底避免漏電、跑電等安全隱患。同時(shí)采用電磁共振式無線充電技術(shù),可以將電源和變壓器等設(shè)備隱蔽在地下,讓汽車在停車處或街邊特殊的充電點(diǎn)充電。若能將無線充電技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)車產(chǎn)業(yè),將是電動(dòng)車行業(yè)的一大改革。

  五、結(jié)束語

  諧振耦合式無線充電技術(shù)是目前最被看好的無線充電技術(shù)之一,從長遠(yuǎn)來看具有廣泛發(fā)展空間及應(yīng)用前景。但是每一種無線輸電方式都有一系列的關(guān)鍵問題需要解決,如何實(shí)現(xiàn)電磁共振式無線充電技術(shù)應(yīng)用的大型化、高效化與距離化,是各國科學(xué)家探索研究的重點(diǎn)。隨著技術(shù)水平的提升,無線充電技術(shù)發(fā)展迅速,應(yīng)用逐漸成熟,技術(shù)普及逐步實(shí)現(xiàn),在未來的各種場合,無線充電技術(shù)無疑將扮演重要角色,服務(wù)全人類。

  參 考 文 獻(xiàn)

  [1] 曲立楠,磁耦合諧振式無線能量傳輸機(jī)理的研究,哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文,2010

  [2] 范明,諧振耦合式電能無線傳輸系統(tǒng)研究,太原理工大學(xué)碩士論文,2012

  [3] [德]Klaus finkenzeller 著.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)――無線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸IC 卡的原理與應(yīng)用(第二版)

  [4] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光. 現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M]. 北京:北京理工大學(xué)出版社,2002

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