2017無(wú)線充電技術(shù)論文

　　無(wú)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(wú)導(dǎo)電接點(diǎn)外露。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的2017無(wú)線充電技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!

　　2017無(wú)線充電技術(shù)論文篇一

　　淺析諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)

　　【摘要】 諧耦耦合式能量無(wú)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?jī)r(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(wú)線充電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并針對(duì)該技術(shù)在電能傳輸上存在的部分疑難問(wèn)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(chē)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(wú)線充電 RFID 智能家居

　　一、引言

　　所謂無(wú)線充電技術(shù)通常指的是電能的無(wú)線傳輸技術(shù)，通俗的說(shuō)，就是不借助實(shí)物連線實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)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(lái)的危險(xiǎn)性等。關(guān)于無(wú)線充電技術(shù)的研究開(kāi)始較早，早在1900年，尼古拉・特拉斯就開(kāi)始無(wú)線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，關(guān)于無(wú)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(wú)線電波式、諧振耦合式，通過(guò)非輻射磁場(chǎng)內(nèi)兩線圈的共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)中距離的無(wú)線供電。

　　從表1對(duì)比可知， 諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)的非輻射性、高效率等優(yōu)點(diǎn)是其它無(wú)線充電技術(shù)無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的無(wú)線電能傳輸。該技術(shù)的出現(xiàn)引起了國(guó)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(wú)線能量傳輸技術(shù)方案。

　　但是目前基于諧振耦合式的無(wú)線充電技術(shù)的研究偏向理論化，缺乏對(duì)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(wú)線充電技術(shù)對(duì)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　無(wú)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(méi)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(guó)外對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的研究開(kāi)展的比較早。1968 年，美國(guó)著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無(wú)線能量傳輸(WPT)概念的基礎(chǔ)上提出了衛(wèi)星太陽(yáng)能電站(SSPS)的概念。隨后美國(guó)，日本和歐洲等國(guó)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(wú)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(wú)線充電。

　　另一方面，在20世紀(jì)70年代，美國(guó)出現(xiàn)了電磁感應(yīng)能量傳輸原理的無(wú)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(wú)線的特征卻恰好滿(mǎn)足了其特殊條件下的應(yīng)用要求。近年來(lái)，美國(guó)、日本、新西蘭、德國(guó)等國(guó)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(guó)通用汽車(chē)公司研制出的 EV1 型電車(chē);日本大阪幅庫(kù)公司研制出的單軌型車(chē)和無(wú)電瓶自動(dòng)貨車(chē);2013年10月，瑞典汽車(chē)制造商沃爾沃聲稱(chēng)成功地研制出電磁感應(yīng)式無(wú)線充電汽車(chē)。

　　國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的研究相對(duì)較晚。目前在無(wú)線電波和電磁感應(yīng)無(wú)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(shù)源教授宣布成功研制出“無(wú)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(duì)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(wú)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(guó)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(lái)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(chēng)為“Witricity”技術(shù)，該技術(shù)樹(shù)立了無(wú)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(chēng)已將傳輸效率提高至90%。

　　由于該技術(shù)極具前景和市場(chǎng)，世界各國(guó)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(guó)拉斯維加斯舉行的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上展出了最新概念產(chǎn)品無(wú)尾電視。一方面，產(chǎn)品運(yùn)用無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線能量傳輸系統(tǒng)以磁場(chǎng)為能量傳輸介質(zhì)，任何能感應(yīng)到磁場(chǎng)的元件都可能成為負(fù)載，這種情況為無(wú)源干擾源，稱(chēng)為負(fù)載類(lèi)干擾，干擾源稱(chēng)為負(fù)載類(lèi)干擾體;另一方面，外磁場(chǎng)也會(huì)影響能量傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)，這種情況為有源干擾，其干擾源為干擾場(chǎng)源。這些干擾都會(huì)降低系統(tǒng)的傳輸效率。根據(jù)無(wú)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(duì)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(lái)隔離電磁場(chǎng)的耦合，所以可以制作屏蔽體，來(lái)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(wú)線能量傳輸機(jī)理的研究知，能量傳輸系統(tǒng)對(duì)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(mǎn)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(duì)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的影響。 　　3.2 如何提高傳輸距離

　　美國(guó)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(lái)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(wú)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(chǎng)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(wú)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(duì)人的健康不構(gòu)成威脅。但是輻射的問(wèn)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(lái)證明。

　　四、發(fā)展前景及創(chuàng)新

　　4.1 RFID與無(wú)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(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式信息傳遞并通過(guò)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(wú)線充電技術(shù)相結(jié)合，對(duì)每個(gè)無(wú)線充電設(shè)備嵌入RFID電子標(biāo)簽，讀寫(xiě)器通過(guò)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(wú)線傳輸。

　　4.2 智能家居與無(wú)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(wú)線化。應(yīng)用無(wú)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(wú)線輸電過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(wèn)題得到有效的解決，無(wú)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(wú)線充電兩大領(lǐng)域的完美結(jié)合，勢(shì)必進(jìn)一步改變?nèi)祟?lèi)生活。

　　4.3 電動(dòng)汽車(chē)與無(wú)線充電技術(shù)融合

　　無(wú)線充電技術(shù)對(duì)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(duì)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)而言，則可能是啟動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線充電，沒(méi)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(wú)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(chē)在停車(chē)處或街邊特殊的充電點(diǎn)充電。若能將無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)，將是電動(dòng)車(chē)行業(yè)的一大改革。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)是目前最被看好的無(wú)線充電技術(shù)之一，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看具有廣泛發(fā)展空間及應(yīng)用前景。但是每一種無(wú)線輸電方式都有一系列的關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如何實(shí)現(xiàn)電磁共振式無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用的大型化、高效化與距離化，是各國(guó)科學(xué)家探索研究的重點(diǎn)。隨著技術(shù)水平的提升，無(wú)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(lái)的各種場(chǎng)合，無(wú)線充電技術(shù)無(wú)疑將扮演重要角色，服務(wù)全人類(lèi)。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 曲立楠，磁耦合諧振式無(wú)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(wú)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(wú)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(chē)技術(shù)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2002

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