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1、1,无线电力传输技术,任晶鼎 2015年9月21日,2,待解决的问题,电磁辐射安全问题 电磁兼容问题 系统整体性能的提高 产品推广中的标准统一 电力公司如何计费、收费,3,电磁辐射安全问题,传统供电：传输路径上，能量可控。 无线通讯：微小功率。 无线电力传输：路径上能量不易控；能量功率较大。,4,电磁辐射安全问题,危害机理： 热效应：人体是导体，接受电磁波而产生涡流，发热。 非热效应：人体组织和器官存在微弱电磁场，受电磁波而破坏平衡，影响人体机能。 积累效应：高能电磁辐射造成的危害未来得及自我修复之前再次受到辐射，伤害程度就会积累。,5,电磁辐射安全问题,高能量的能量密度势必会对人身安全及健康
2、带来影响。 如： 地磁场50-60T，核磁共振0.5-4T； 阳光的功率密度一般为100mW/cm2。 所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。,6,电磁辐射安全问题,电磁感应短程传输 低频磁场会随着距离的增加而快速衰减。如果要增加供电距离，只能加大磁场的强度。 会增加电能的消耗； 可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。,7,电磁辐射安全问题,电磁耦合共振中程传输 “中程”距离：可达感应线圈半径8倍的距离。 发射装置与能量源相连，并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，在发射线圈周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换成磁场； 当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接
3、收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。,8,电磁辐射安全问题,9,电磁辐射安全问题,电磁耦合共振中程传输 能量的传输是在一个共振系统内部进行，对系统外的物体（非共振频率）不会产生影响。 一般情况，其磁场强度与地磁场相似， 50-60T,10,电磁辐射安全问题,微波/激光远程传输 无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小； 电力通过振荡器变换成微波/激光电力，从送电的天线向远处以微波/激光形式无线送电； 接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成，可接收微波/激光并转为直流电力。,11,电磁辐射安全问题,微波/激光远程传输 微波：频率为3
4、00MHz300GHz的电磁波 ； 现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，可穿越云层。 激光：3.846*10(14)Hz到7.895*10(14)Hz。 障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，穿越云层能量损耗大。 在接收整流天线口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的，在接收天线口径面内的辐射相对较强，需要在接收系统外围建立保护禁区。目前一般采用的微波功率密度约为5mW/cm2,12,电磁兼容问题,无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。 电磁兼容性问题三个因素： 电磁干扰源； 耦合途径； 敏感设备。 从这三个因
5、素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉、重叠等造成不必要的电磁干扰。,13,微波电磁兼容问题 微波：频率为300MHz300GHz的电磁波 ； 现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，这两个频率已经分配给ITUR无线广播、工业和医学当中使用。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。,电磁兼容问题,14,整体性能的提高,电磁感应式： 包括输入整流、高频逆变、可分离变压器和输出整流滤波等环节。可分离变压器按其原边与副边的相对运动状况又可分为：静止、旋转和相对运动三种形式。,15,整体性能的提高
6、,电磁感应式： 满足要求的前提下，缩短传输距离，提高效率； 提高原边与副边的横向位置精确度； 避免金属异物进入传输线圈之间引起局部发热现象。,16,整体性能的提高,电磁耦合共振式：,由RF电路产生与谐振线圈固有频率相同的高频正弦信号，经过线性功率放大之后，注入到发送端LC谐振线圈，经过非辐射性高频磁场耦合，能量传递到接收端谐振线圈，经过输出整流滤波之后为负载供给能量。,17,整体性能的提高,电磁耦合共振式：,传输距离一般为8倍线圈距离。 缩小铜线圈； 增大传输距离。,18,整体性能的提高,微波式： 系统先把电能转换成微波（采用的典型频率约为2.4GHZ），经过发射天线将能量由自由空间传递到接收
7、天线,再经过微波整流器件,把微波转换成电能，从而实现无线能量传输。,19,整体性能的提高,微波式： 高性能天线； 微波源； 微波接收整流设备。,20,整体性能的提高,微波式-高性能天线： 高方向性天线-八木天线；,21,整体性能的提高,微波式-高性能天线： 高方向性天线-反射面天线；,22,整体性能的提高,微波式-微波源： 微波电子管在高电压下可以放大较高功率的微波，具有较高的效率（70%）； 半导体放大器通常只放大低功率微波，其所需要的电压也比较低，然而它的成本却较高。,23,整体性能的提高,微波式-整流设备： 硅整流二极管天线：由一个天线及高频整流电路所构成，高频整流电路能够将微波信号经由
8、肖特基二极管整流成直流电源。 如：一个微波吸收效率为85%的硅整流二极管天线，其覆盖直径为5km。,24,产品标准的统一,Qi标准产生背景 设备使用的充电器千差万别，电源插口形式、设备插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异，因此往往每台设备都配有专用的电源转换器，这既产生了极大的浪费和污染。 一个充电设备可供各种不同企业、不同品牌的便携终端充电，Qi应运而来。,25,产品标准的统一,Qi 标准与无线充电联盟 2008 年12 月17 日多家国际电子设备厂商联合成立了无线充电联盟（WPC），目标是制定一种在便携式电子产品-手机、电脑配件、照相机、遥控器、医疗及个人护理等各种电子设备中广泛采用
9、的无线充电技术标准，即Qi 标准。该标准于2010 年7 月制订，2010 年8 月31 日无线充电联盟宣布已向其成员交付了Qi 标准的第一部分，并将该标准引入了中国。,26,产品标准的统一,Qi 标准的组成及基本原理 目前WPC 确定的Qi 标准1.0 版本是低功率技术规范，针对不超过5 瓦特的电子设备。针对不超过120 瓦特的中等功率技术规范制定工作也已于2010 年10 月启动。 第一部分对无线充电器及接收器的界面进行定义； 第二部分和第三部分是对产品的表现要求和认证测试的要求。 只有获得认证的产品才能允许使用Qi 标识。,27,产品标准的统一,Qi 标准的组成及基本原理 Qi 标准下的无线充电设备包括： 可接公共电源的无线充电板； 符合Qi 标准的接收器。 后者可以内置在终端设备中，采用了目前主流的无线电能传输理论-电磁感应式无线电能传输原理。,28,产品标准的统一,一块充电板内部可以有多个变压器原边绕组部分，这决定了一块充电板可同时为多少待充电设备充电的数量。原边绕组和副边绕组分别和无线通信控制单元连接，对能量变换进行检测和控制。,29,电力计费/收费,类似于卫星电视收费,
