無線電能傳輸技術(shù)的基本原理

無線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer, WPT)也稱之為非接觸電能傳輸技術(shù)(Contactless Power Transmission, CPT),是一種借助于空間無形軟介質(zhì)(如電場、磁場、微波等)實(shí)現(xiàn)將電能由電源端傳遞至用電設(shè)備的一種傳輸模式。

無線電能傳輸有效地解決了電源的便捷、安全接入問題,解決了傳統(tǒng)依靠電導(dǎo)體直接進(jìn)行物理接觸的電源直接接觸式輸電模式所帶來的插電火花、積炭、不宜維護(hù)、易產(chǎn)生磨損。特別是在特殊環(huán)境下用電存在的安全隱患等問題。

根據(jù)無線電能傳輸原理,無線電能傳輸主要有以下3類:
(1)電磁場感應(yīng)耦合式;
(2)磁諧振耦合式;
(3)微波輻射式。
除此之外,還有電場耦合式、超聲波方式和激光方式等。

1. 電磁感應(yīng)耦合式

1. 1 基本原理

電磁感應(yīng)耦合式(又稱感應(yīng)耦合式、電感耦合式)無線電能傳輸技術(shù)通過電磁耦合,以無線方式向負(fù)載傳遞電能。

1.2 工作原理

工頻交流電源在整流濾波獲得直流電能后,通過高頻逆變器進(jìn)行逆變,逆變所產(chǎn)生的高頻交變電流輸入一次側(cè)發(fā)射端一次繞組,一次側(cè)繞組中的高頻交流產(chǎn)生的磁鏈與接收端二次繞組交鏈,從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,該感應(yīng)電動(dòng)勢通過高頻整流及直流斬波等調(diào)節(jié)電路之后即可向負(fù)載提供電能。

感應(yīng)耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)原理圖

一次繞組與二次繞組可以等效成一組可分離的松耦合變壓器,當(dāng)一次繞組中流過高頻電流時(shí),在二次側(cè)中會感應(yīng)出同頻電功率,從而利用兩者的感應(yīng)耦合來完成電能傳輸。

2. 磁諧振耦合式

2. 1 基本原理

基本原理是兩個(gè)具有相同諧振頻率的物體之間可以實(shí)現(xiàn)高效的能量交換,而非諧振物體之間能量交換卻非常微弱。

2. 2 工作原理

能量接受器與發(fā)射源采用具有相同諧振頻率的感應(yīng)線圈,發(fā)射源由振蕩電路激發(fā)感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場,當(dāng)具有相同諧振頻率的接收端感應(yīng)線圈進(jìn)入磁場時(shí),在接收繞組上產(chǎn)生磁諧振,在接收裝置中不斷集聚能量,提供給負(fù)載,從而實(shí)現(xiàn)能量傳遞。

近場諧振式無線電能傳輸原理圖
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