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1、无线功率传输基本知识无线功率传输基本知识电气工程系电气工程系 李金刚李金刚2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚目目目目 录录录录无线功率传输背景及概念无线功率传输背景及概念无线功率传输背景及概念无线功率传输背景及概念无线功率传输分类、原理及应用无线功率传输分类、原理及应用无线功率传输分类、原理及应用无线功率传输分类、原理及应用无线功率传输研究热点无线功率传输研究热点无线功率传输研究热点无线功率传输研究热点1 12 23 32023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚 有线电能传输存有线电能传输存有线电能传输存有线电能传输存在线路老化、在线路老化、在线路老化、在线路老化、尖端
2、放电等易尖端放电等易尖端放电等易尖端放电等易导致电火花的导致电火花的导致电火花的导致电火花的不安全因素不安全因素不安全因素不安全因素 随着电子设备的随着电子设备的随着电子设备的随着电子设备的广泛应用，如手广泛应用，如手广泛应用，如手广泛应用，如手机、笔记本、冰机、笔记本、冰机、笔记本、冰机、笔记本、冰箱、电视等，太箱、电视等，太箱、电视等，太箱、电视等，太多的插座和电线多的插座和电线多的插座和电线多的插座和电线给人们生活带来给人们生活带来给人们生活带来给人们生活带来不便不便不便不便有线电能传输有线电能传输不能满足一些不能满足一些特殊场合场合特殊场合场合的应用，比如的应用，比如在海底中和矿在海底
3、中和矿场中等场中等无线功率传输背景无线功率传输背景无线功率传输背景无线功率传输背景无线电能传输无线电能传输2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚无线功率传输概念无线功率传输概念无线功率传输概念无线功率传输概念无接触式电能传输无接触式电能传输又名又名Contactless Power Transmission（CPT）英英文文名名无线功率传输无线功率传输Wireless power Transmission（WPT）英文名英文名就是不使用导线连接而借助于电磁场或电磁波等就是不使用导线连接而借助于电磁场或电磁波等软介质进行能量传递的一种技术软介质进行能量传递的一种技术顾顾名名思思义义2
4、023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚无线功率传输主要分类无线功率传输主要分类无线功率传输主要分类无线功率传输主要分类19世纪中后期世纪中后期美国著名电气美国著名电气工程师尼古拉工程师尼古拉特拉斯特拉斯提出了提出了无线电能传输无线电能传输的概念的概念，并进，并进行相关研究行相关研究20世纪世纪80年代年代以以电磁感应耦电磁感应耦合合方式为主的方式为主的无线电能传输无线电能传输技术开始被关技术开始被关注注无线电能传输主要发展进程无线电能传输主要发展进程20世纪初期世纪初期日本的日本的H.Yagi 等人发明了一等人发明了一种能将能量以种能将能量以微波发送出去微波发送出去的天线的天线，从，
5、从此此微波微波成为无成为无线功率传输的线功率传输的一种重要方式一种重要方式2007年年麻省理工大学麻省理工大学的马林的马林索尔索尔贾西克教授和贾西克教授和他的研究团队他的研究团队开辟出了一个开辟出了一个无线电能传输无线电能传输的新方向：的新方向：磁磁耦合谐振耦合谐振技术技术2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚微波式无线电能传输原理微波式无线电能传输原理微波式无线电能传输原理微波式无线电能传输原理直流电先经过电能转换装置转换成为微波，再由天线发射直流电先经过电能转换装置转换成为微波，再由天线发射出去；接收天线再从这些携带能量的微波中吸收能量，最出去；接收天线再从这些携带能量的微波中
6、吸收能量，最后通过微波转换装置再转换成需要的电能。后通过微波转换装置再转换成需要的电能。无线无线接收接收2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚微波式无线电能传输优缺点微波式无线电能传输优缺点微波式无线电能传输优缺点微波式无线电能传输优缺点优缺点优缺点传输距离远：其传传输距离远：其传输距离远大于传输输距离远大于传输装置的几何尺寸；装置的几何尺寸；能实现大功率远距能实现大功率远距离的能量传输离的能量传输（激光）微波在空气中传输微波在空气中传输过程中，能量衰减过程中，能量衰减非常迅速，传输效非常迅速，传输效率低，而且对人体率低，而且对人体有辐射有辐射 2023/3/9电气工程系电气工程系
7、 李金刚李金刚卫星卫星卫星卫星微波飞机微波飞机微波飞机微波飞机空间发电空间发电空间发电空间发电传输传输传输传输微波式无线电能传输应用微波式无线电能传输应用微波式无线电能传输应用微波式无线电能传输应用应用应用应用应用2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚感应式无线电能传输基本原理感应式无线电能传输基本原理感应式无线电能传输基本原理感应式无线电能传输基本原理电磁感应式无线功率传输主要利用电磁感应原理，电磁感应式无线功率传输主要利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或者可分离变压器方式实现电采用松耦合变压器或者可分离变压器方式实现电能传输，因此其机理类似于可分离变压器。能传输，因此其机理类似
8、于可分离变压器。工工频频交交流电流电直流直流高高频频交交流流电电一一 次次测测二二 次次测测感生电势感生电势电电 力力 变变换换负载负载整整 流流 滤滤波波高高 频频 逆逆变变2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚感应式无线电能传输优缺点感应式无线电能传输优缺点感应式无线电能传输优缺点感应式无线电能传输优缺点优缺点优缺点能实现较大功率的能实现较大功率的传输传输（KW级）；级）；且传输效率较高；且传输效率较高；对磁路的设计要求对磁路的设计要求比较苛刻，传输距比较苛刻，传输距离很小（多在离很小（多在cm范范围内）围内）2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚感应式无线电能传输
9、应用感应式无线电能传输应用感应式无线电能传输应用感应式无线电能传输应用应用应用应用应用手机充电手机充电手机充电手机充电电动汽车电动汽车电动汽车电动汽车充电充电充电充电电动牙刷电动牙刷电动牙刷电动牙刷充电等充电等充电等充电等2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚耦合谐振式无线电能传输基本原理耦合谐振式无线电能传输基本原理耦合谐振式无线电能传输基本原理耦合谐振式无线电能传输基本原理系统构成如下：系统构成如下：工作原理流程为：工作原理流程为：2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚耦合谐振式无线电能传输优缺点耦合谐振式无线电能传输优缺点耦合谐振式无线电能传输优缺点耦合谐振式无线
10、电能传输优缺点优缺点优缺点传输距离较远（相传输距离较远（相对于感应式，能达对于感应式，能达到米级）；能达到到米级）；能达到较高的传输效率；较高的传输效率；电路必需工作在谐电路必需工作在谐振状态，一旦失谐，振状态，一旦失谐，传输效率迅速跌落，传输效率迅速跌落，且需要较高的工作且需要较高的工作频率（百频率（百KHz甚至甚至MHZ级别）级别）2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚耦合谐振式无线电能传输应用耦合谐振式无线电能传输应用耦合谐振式无线电能传输应用耦合谐振式无线电能传输应用医疗设备医疗设备领域领域植入式医疗设备，如植入式医疗设备，如心脏起搏器、消化道心脏起搏器、消化道微诊疗系统等
11、微诊疗系统等工业特工业特殊场合殊场合 水下机器人、化工水下机器人、化工设备中的检测装置等设备中的检测装置等智能家居智能家居的实现的实现 家用电器：如无尾家用电器：如无尾电视、无尾餐桌等，电视、无尾餐桌等，便携式电子设备便携式电子设备2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚无线电能传输研究热点无线电能传输研究热点无线电能传输研究热点无线电能传输研究热点传输距离远传输距离远传输效率高传输效率高应用范围广应用范围广研究热点研究热点磁耦合谐振式无线磁耦合谐振式无线电能传输电能传输2023/3/9电气工程系电气工程系 李金刚李金刚耦合谐振式无线电能传输研究热点耦合谐振式无线电能传输研究热点耦合
12、谐振式无线电能传输研究热点耦合谐振式无线电能传输研究热点 高频逆变技术高频逆变技术耦合式无线电能传输需要很高的频耦合式无线电能传输需要很高的频率，而高频逆变则涉及逆变电路的率，而高频逆变则涉及逆变电路的选型、电力电子器件的损耗等诸多选型、电力电子器件的损耗等诸多问题问题 谐振器的设计谐振器的设计谐振器线圈设计、谐振补偿结构、谐振器线圈设计、谐振补偿结构、线圈材料等都会影响系统的传输效线圈材料等都会影响系统的传输效率率 系统控制策略系统控制策略要使系统能实现一定功率的输出和要使系统能实现一定功率的输出和达到较高，系统工作在谐振条件下达到较高，系统工作在谐振条件下是很重要的，因此要实现谐振频率是很重要的，因此要实现谐振频率的动态跟踪控制的动态跟踪控制