kaiyun全站登录网页入口 磁耦合谐振式无线电能传输的研究现状和应用
DOI:10. 19392/j。中国知网。 1671-7341。 201722133 磁耦合谐振无线电力传输研究现状及应用唐凌华西师范大学电子信息工程学院四川南充637009 摘要:磁耦合谐振无线电力传输技术是一种高效非辐射能量传输的WPT技术。本文主要介绍国内外三种主流WPT技术的发展现状。通过介绍磁耦合谐振WPT的原理并对三种WPT技术进行比较,阐述了磁耦合谐振WPT技术的广泛应用,并展望了其发展前景。关键词:磁耦合共振; WPT;高效无辐射介质实现用电设备与供电系统之间的能量传输。它不受电线和电源插头寿命的限制,还可以避免因电路连接问题而产生的火花,极大地方便了人们的生产和生活。 1 无线电力传输的发展 1. 1 国外发展现状 早在20世纪90年代,无线电力传输技术就被提出。但由于人类认知有限、技术能力不足开yun体育app官网网页登录入口,当时的理论仅处于概念阶段。因此,很长一段时间没有人提到无线电力传输。直到20世纪60年代,由于社会结构的变化,政府才开始对太空技术进行研发,人们提出了建立太空发电站的想法。
因此,1963年,William C. Brown完成了第一个无线电力传输实验,采用功率转换的方法(即将直流电转换为微波并聚焦在接收器上的固定点)来实现能量传输[1 ]。 1968年,彼得·格拉斯特首先提出将太阳能发电平台发射到太空,利用外太空太阳能发电卫星首先将太阳能转化为电能,然后通过激光或微波将电能传输到地面上的接收装置,最后将微波能转化为人们所需要的电能可供人们使用[2]。但由于成本、技术、辐射等原因,当需要长距离传输且在相对空旷的地方时,该技术的传输效率会非常高[3]。到了20世纪90年代,新西兰奥克兰大学Boys教授[4]领导的科研团队开始对电磁感应无线电力传输技术进行全面研究。研究团队提出了一套完整的电磁感应无线电力传输理论。从实验中分析该技术的传输效率、系统频率、系统稳定性等问题kaiyun全站app登录入口,使其能够应用于多个领域。电磁感应无线电力传输技术现在已经非常成熟,利用该技术开发的很多产品已经应用于生产和生活中,例如电动汽车、电动牙刷、MP3或MP4、平板电脑、智能手机等生活设备的充电。 2015年1月,德国宝马公司开发了一款跑车——宝马i8,该车的设计采用了电磁感应无线充电技术。
这表明这项技术的应用正在变得越来越广泛。磁耦合谐振无线电力传输技术首次提出是在2006年11月,提出者是麻省理工学院的Marin Soljacic教授[6]。次年,他带领的研究小组通过了谐振线圈的测试。在研究了材料、相似性、半径、高度、距离等后,2007年6月,他们点亮了2.13m外的60W灯泡,传输效率为40%。由于磁耦合谐振技术是中距离电力传输kaiyun全站登录网页入口,不会对人体造成很大伤害,因此该技术比电磁波辐射无线电力传输技术和电磁感应无线电力传输技术应用更为广泛。 2010年9月,Wi Tricity和德尔福汽车系统公司利用磁耦合谐振技术开发了电动汽车无线充电系统[7]。 2011年,Thuc Phi Duong等学者对系统的传输效率进行了一定的改进。主要实现方法是改变发射和接收线圈之间的距离[8]。同年,Dukju Ahn等人对继电器线圈的数量和位置引起的系统传输效率的变化进行了深入研究,从而得到了系统传输效率的变化规律[3]。 2012年,日本利用磁耦合谐振无线电力传输技术实现了穿透式无线充电,传输效率高达90%。
2013年后,韩国、欧美等国家也建立了无线充电网络,为行驶中的电动汽车充电。 2016年,美国橡树岭国家实验室实现了20KW功率的电动汽车充电。电力传输效率高达90%,充电速度是普通接触充电的近三倍。这是无线电力传输技术的重大突破。这一突破为无线电力传输技术的未来发展奠定了基础。 1. 2 国内发展现状 在我国,无线电力传输技术起步较晚。 2001年,李红教授率先研究并应用电感耦合无线电力传输技术。他首先对这项技术进行了系统的介绍。然后提出了该技术在矿用电力机车上的可行性报告[3]。随后,中国科学院颜禄光院士、吴英博士、浙江大学何香宁教授及其团队、重庆大学孙跃教授及其团队、西安交通大学王兆安教授及其团队分别进行了电感耦合无线电力传输技术的研究。目前,这项技术在国内也比较成熟。国内最早研究磁耦合谐振无线电力传输技术的是哈尔滨工业大学朱春波教授实验室,2007年通过比较不同的谐振继电器线圈和无线传感器设备,提出了一种传输效率更高、传输时间更长的方法距离。远程磁耦合谐振系统。华南理工大学张波教授领导的研究小组设计了实时同步跟踪系统[9,10]。东南大学黄学良教授课题组研发了新型磁耦合谐振无线输电原型机及应用于电动汽车输电网络的控制系统。
天津理工大学杨庆新教授领导的研究团队通过谐振频率、耦合方式等分析和仿真,得到了系统的最佳传输距离和最大传输功率。重庆大学提出了无线电力传输网络并进行了研究以及单点传输和多点传输的比较。 2013年,开发出国内首款采用该技术设计的无线充电电动汽车。随着社会的发展和国家对新能源汽车的支持,现在越来越多的科研机构、大学和企业投入到磁耦合谐振无线电力传输的研究中。 2 磁耦合谐振无线电力传输基本原理 磁耦合谐振无线电力传输系统主要由电磁发射系统和电磁接收系统两大系统组成。电磁发射系统主要采用高频励磁电路,使工频交流电通过发射线圈引起谐振,从而产生高频电流。然后发射线圈产生高频磁场来传输能量。电磁接收系统主要是将接收线圈与高频磁场耦合,使接收线圈产生谐振并产生感应电流,然后经过整流、滤波,最后供给负载,从而实现电能的传输。磁耦合谐振无线电力传输的理论分析模型主要有三种:一是传统的电磁场理论;二是传统的电磁场理论。另一种是耦合模理论;三是等效电路理论。 3 应用与发展 磁耦合谐振无线电能传输技术具有传输效率高、传输距离中等、穿透力好、易于实施等特点。因此在移动终端设备、电动汽车、医疗设备充电等方面具有良好的应用前景。
目前许多国家已经建立了电动汽车充电网络,这项技术也将等待其他领域的更大发展。随着我国国民水平的提高和新能源意识的加强,电动汽车也将成为趋势,网络充电系统也将得到大力发展。参考文献: [1] Brown WC 微波束能量传输实验[C]。 IRE 国际会议记录,1964 年:8-17。 (续第162页) 9 5 1 科技风2017年11月水利电力数据