电能无线传输

题目：电能无线传输技术作者姓名：学号：系(院)：机械与电子工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师姓名：指导教师职称：2012年4月28日SuZhouUniversityThe2012undergraduategraduationthesis(Design)Title:WirelessPowerTransferTechnologyAuthor:StudentID:Department:MechanicalandElectronicEngineeringMajor:ElectricalengineeringandAutomationInstructor：ProfessionalTitle:April.28th,2012摘要为了实现电能的无线传输，使用的安全性、可靠性、方便性的提高，本文重点研究了电能无线传输技术。电能无线传输就是借助于电磁场或电磁波进行能量传输的一种技术。按照电能传输原理的不同，无线电能传输分为：电磁感应式、电磁耦合共振式和电磁辐射式。此项技术具有广阔的应用前景，例如实现无接点充电，“免电池”无线鼠标，以及解决地面太阳能电站、原子能电站的电能输送问题等。目前该技术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，基本上还处在理论研究，有待进一步了解和开发。关键词：无线传输；电磁感应；电磁耦合共振；电磁辐射ABSTRACTInordertoachievethewirelesstransmissionofelectricalenergy,security,reliability,improveconvenience,thepaperfocusesonelectricpowerwirelesstransmissiontechnology.Powerwirelesstransmissionisbymeansofelectromagneticfieldsorelectromagneticenergytransferofatechnology.Accordingtothedifferentprincipleofpowertransmission,radiotransmissionisdividedinto:electromagneticinduction,electromagneticcouplingresonanceandelectromagneticradiationtype.Thistechnologyhasbroadapplicationprospects,suchasnon-contactcharging,thebattery-freewirelessmouse,andsolvetheterrestrialsolarpowerplants,atomicpowerstations,powertransmissionproblems.Thetechnologyresearchfocusedonthecompensationsystemresonantfrequencyandthesecondarysidecircuittopologyisbasicallystillinthetheoreticalstudy,pendingfurtherunderstandinganddevelopment.KeyWords:Wirelesstransmission；Electromagneticinduction；Electromagneticcouplingresonance；Electromagneticradiation目录绪论..................................................................1第一章电能无线传输技术的简介.........................................21.1电能无线传输的发展过程..........................................21.2电能无线传输的现状..............................................21.2.1电能无线传输的研究现状.....................................21.2.2电能无线传输的市场现状.....................................31.2.3电能无线传输技术的应用现状.................................4第二章电能无线传输的原理及特点.......................................52.1电磁感应式无线电能传输..........................................52.2电磁共振式无线电能传输..........................................62.3电磁辐射式无线电能传输..........................................7第三章无线电能传输技术的应用...................................83.1电磁感应式无线电能传输的应用....................................83.2电磁共振式无线电能传输的应用....................................83.3电磁辐射式无线电能传输的应用....................................83.4Qi标准——无线电能传输的应用..................................93.4.1Qi标准产生的背景.........................................93.4.2Qi标准与无线充电联盟.....................................93.4.3Qi标准的组成及基本原理...................................9第四章电能传输技术未来领域应用实例..................................114.1短程无线供电技术的应用实例....................................114.2中程无线供电技术的应用实例.....................................124.3远程无线供电技术的应用实例.....................................12结论...............................................................14参考文献.............................................................15致谢...............................................................16绪论1绪论电能的传输长期以来主要是由导线直接接触进行传输，随着用电设备对供电品质、可靠性、方便性等要求的不断提高，还有特殊场合、特殊地理环境的供电，使得接触式电能传输方式，越来越不能满足实际需要；便携式电子设备和家电对快捷方便地获取电能的需求越来越强烈。因此，无线电能传输越来越受到人们的关注，并被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。无线电能传输技术最早由著名电气工程师（物理学家）尼古拉·特斯拉提出，就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。按照电能传输原理的不同，无线电能传输分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。通过该项技术可以实现以探讨将远程无线功率传输系统做成电子式互感器，研究其在高压测量方面的应用，还可以探讨更远的距离使将来室内电器实现无线化，所有室内电器设备都装有无接触功率传输系统，电气设备通过无接触功率接收装置远距离高效率的接收电能工作，而电能发射装置是可以装在墙壁内或者地板下的，使电气设备摆脱电线插座的束缚。此外，无线输电技术在特殊的场合也具有广阔的应用前景。例如可以给一些难以架设线路或危险的地区供电；可以解决地面太阳能电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。深入了解其无线传输电能的意义和方向，具有十分积极的意义。电能无线传输技术的简介2第一章电能无线传输技术的简介1.1电能无线传输的发展过程19世纪90年代后期，勒布朗相信可以感应传输电能,并申请了关于一个能传输3KHz电能的系统的美国专利。1894年:特斯拉分别在纽约的第五大道南35号的实验室和休斯敦街46号的实验室通过无线方式点亮了一个单极白炽灯,实验手段用到电力感应、无线共振感应耦合等技术。同年钱德拉玻使用电磁波信号远距离点燃火药和触响铃铛,表明不用电线也能传递能量。到了20世纪初，马可尼使用特斯拉的装置传输跨越大西洋的信号。后期，新西兰奥克兰大学的约翰包尔斯教授领导的电力电子小组,开发出采用新的工程材料和电力电子技术的逆变器。声称感应电能传输能够实现,第一个非接触式电能传输模型正在制造。21世纪英国的Splashpower公司,采用耦合谐振平垫的方式来给一些消费类产品象灯、手机、PDA、iPod等提供能量。2007年:麻省理工学院的索尔贾希克领导的一个物理学研究小组,确认了约翰包尔斯教授在80年代的工作。在2米的距离,使用两个60cm的线圈无线驱动60W灯泡,效率在40%左右。2009年:一个有此方面兴趣的公司联盟宣称他们正制订一个小功率感应充电的工业标准。1.2电能无线传输的现状1.2.1电能无线传输的研究现状一、国外研究现状国外对无线电能传输技术的研究较早，早在20世纪70年代中期就出现了无线电动牙刷，随后发布了几项有关这类设备的美国专利。20世纪90年代初期，新西兰奥克兰大学对感应耦合功率传输技术（ICPT）进行研究，经过十多年的努力，该技术在理论和实践上已经获得重大突破。研究主要集中在给移动设备，特别是在恶劣环境下工作的设备的供电问题，如电动汽车、起重机、手提充电器、电梯、传送带、运货行车，以及水下、井下设备。其能量等级、距离、效率等指标都在不断提高，目前实用设备己达200kW、数千米的传输距离和85％的以上的传输效率。1995年1月，美国汽车工程协会根据Magne-chargeTM系统的设计，制订了在美国使用非接触感应电能传输技术进行电动汽车充电的统一标准—SAEJ.1773[4]。通过对近年来国外无接触功率传输理论与实验的研究成果发现，目前无接触功率传输的研究绝大部分是近距离传输方面的研究，国外对带气隙的变压器模型的理论分析和应用设计已有不少成果，且有部分成果已经得到了实际应用，而对于远距离的无接触功率传输的研究，国外直到近几年才有相关实验成果的报道。如美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克教授及其团队在2006年用所谓的“电磁共振原理”成功将2.13m外的60W的灯泡点亮。2008年9月美电能无线传输技术的简介3国内华达州的雷电实验室成功的将800W电力无线传输到5m远的距离，日本也研究出远距离提供30W功率的实验装置。二、国内研究现状国内在无线输电技术方面研究还处于起步阶段，近年来，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研究。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教授为首的课题组核心成员PatrickAiguoHu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