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1、 本科生毕业设计（论文）（ 2015 届）设计（论文）题目 无线供电系统的设计 作 者 蓝黄成 系、 专业 理工分院 班 级 电子1102 指导教师（职称） 胡克用（讲师） 论 文 字 数 9404 论文完成时间 2015年4 月26 日 杭州师范大学钱江学院教学部制无线供电系统的设计系 专业：电子信息工程 班级：电子1102 指导教师：胡克用 摘 要： 无线供电技术是近年来人们研究的热门话题，它主要是以非接触的方式对供电设备进行电能和能量的传输，它可以理解为电，磁之间的相互联系和转化，如今各种低功耗设备，如手机，医疗仪器，MP3等越来越多，人们对电能和能量的需求也越来越高，比如密封环境，水下
2、监测，无线供电技术可以方便解决这个问题，这种近距离的无线供电技术很方便，可以便携的给低功耗设备充电，只需将移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，既安全又实用，该技术在很多领域有广泛的应用，比如在电子产品领域，生活医疗领域，交通运输领域等，为人类的生活带来极大的便利，该技术近年来发展速度越来越快，相信不久后对我们的生活会带来极大的便利 关键词：无线；供电；节能；非接触Design of wireless power supplyDepartment of professional:Electronic information engineeringClass: electronic 1102
3、Guidance teachers: Hu kengyong Abstract: Wireless power supply technology is a popular subject of study in recent years, it is mainly the power transmission to the power supply device in a non-contact way, it shows the power, mutual connection and transformation between magnetism, now various low-po
4、wer devices, such as mobile phone, medical instrument, MP3 more and more, the technology can solve the power supply requirements of some special places, such as sealed environment, underwater monitoring, wireless power supply technology can be very good to solve this problem, the short distance wire
5、less power supply technology is very convenient, can easily to the low power charging equipment, only the mobile phone, mobile devices such as the PDA to put up, without the need to plug connection can charge, the technology has been widely applied in many fields, such as in the field of electronic
6、products, the life of the medical field, the field of transportation, brings great convenience for human life, Key word: Wireless; power supply; energy saving; non contact目录1.引言11.1 本设计的研究背景及意义11.2 国内外无线供电技术的发展11.3 几种无线供电技术的介绍2 1.3.1 电波辐射式无线供电技术2 1.3.2 感应耦合式无线供电技术21.4 磁耦合谐振式无线供电技术31.5 磁耦合谐振式无线供电系统组成
7、41.6 磁耦合谐振无线供电系统的工作原理51.7 本设计研究的主要内容61.8无线供电传输效率影响因素分析6 1.8.1 磁耦合谐振回路的影响7 1.8.2 接收回路补偿电路7 1.8.3 品质因数的影响72 系统整体设计82.1 设计方案总框图及说明82.2 发射回路的设计82.3逆变电路的设计92.4 谐振电感和电容102.5 接收回路的设计11 2.5.1 谐振线圈的选择12 2.5.2 稳压电路123 实验和分析143.1 传输部分电路波形143.2 研究传输距离D-发射功率P1接收功率P2传输效率之间的关系，153.3 研究发射端输入电压U-发射功率P1,接收功率P2传输效率之间的
8、关系163.4 研究驱动频率F-发射功率P1，接收功率P2，传输效率之间的关系174 总结185心得体会196致谢词207 参考文献218附录22 无线供电系统的设计 系 专业：电子信息工程 班级：电子1102 指导教师：胡克用1.引言 1.1 本设计的研究背景及意义 无线供电技术是近年来人们研究的热门话题，它主要是以非接触的方式对供电设备进行电能的传输，主要是电，磁之间的相互联系和转化，如今各种低功耗设备，如手机，医疗仪器，MP3等越来越多，该技术的出现可以解决一些特殊地方的供电需求，比如密封环境，水下监测，无线供电技术可以很好解决这个问题，随着该技术的不断研究，将会在各个领域发挥其强大的作
9、用。这种近距离的无线供电技术很方便，可以轻易给低功耗设备充电，同时也很安全，只需将手机，PDA等移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，该技术在很多领域有广泛的应用，比如在电子产品领域，生活医疗领域，交通运输领域等，为人类的生活带来极大的便利，本设计主要是在研究如何提高无线传输的效率，以及影响传输效率的因素。 1.2 国内外无线供电技术的发展 无线供电，是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。无线供电的无接触结构使得其与传统的供电方式相比有以下特点：供电系统和负载之间无任何接触，无磨擦，易维护；不受负载运动速度的限制；无噪声污染；能在各种恶劣的条件下工作
10、（如水下、冰雪天气和地下等） 国外对无线电能传输技术的研究较早，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，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，其能量等级、距离、效率等指标都在不断提高。2007年，美国麻省理工学院的科学家们最近完成了一项实验，他们使用两个相距2米的铜线圈，成功地通过无线电力传输点亮了一个功率为60瓦的电灯泡。2008年9月，美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。2011年3月22日，在东京举行的安防用品展会上松下就推出了一款可以无线充电的太阳能电池板。2012年9月5号，手机通信
11、厂商诺基亚联合微软发布了一款能够实现无线充电的手机。这些都标志着无线能量传输技术正在一步步走向成熟。 国内的研究起步较晚，但也取得了一定的成就。2001年，西安石油学院的李宏发表了第一篇关于感应电能传输技术在矿井用感应电力机车上应用的可行性的文章。同年，重庆大学自动化学院孙跃教授开始了对无线电能传输技术及其应用的研究，并且重庆大学与国外的新西兰奥克大学展开了合作，与国内的海尔集团进行合作，进行深层次的学术交流与科技合作。2003年，重庆大学樊华、郑小林、皮喜田、彭承琳等对用于体内诊疗装置的无线能量传输方案进行了研究，这是比较早的一次对于无线能量传输技术在医疗仪器上的应用的探索。随着技术的成熟与
12、进步，越来越多的科研人员与科研机构以及高校开始了对无线能量传输技术的研究，上海交通大学，天津工业大学，华南理工大学等等高校都开始了此项研究。最近的几年，这项技术越来越受到关注，且应用领域越来越广，特别在医疗方面，有着巨大地应用价值，比如基于药囊内窥镜的无线功能系统的研究以及基于无线供能技术的定点施药系统的设计等等研究。总而言之，国内的关于无线能量传输技术的研究在进一步的深入，在研究领域方面也在进一步的扩大。1.3 几种无线供电技术的介绍 1.3.1 电波辐射式无线供电技术 电波辐射式无线供电技术主要是把电能转换成电磁波或激光的形式通过空间传播，其工作原理如图1-1所示图1-1 电磁波辐射式无线
13、供电系统原理框架图 该技术主要是通过电波的形式进行传输的，可以实现长距离，大范围的电能传输，但其方向性不强，穿过障碍物能量会比较弱，长距离传输会对周围产生电磁波辐射危害。 1.3.2 感应耦合式无线供电技术感应耦合式无线供电技术是以可分离变压器或松耦合变压器为磁路结构进行电能无线传输，其工作原理如图1-2所示图 1-2 感应耦合式无线供电系统原理框架 其原理的实质是电磁感应，传输功率会比较大达到千瓦，其传输距离会比较短，一般在厘米，毫米级别。 1.4 磁耦合谐振式无线供电技术 磁耦合式指有两个相互耦合的线圈在电路中，其中一个线圈若通以交流电，该电流会产生一个交变磁场，该线圈会产生一个感应电动势
14、，同时在另一个线圈也会受到影响，也会产生感应电动势，两个线圈相互磁耦合，相互依赖，据有该现象的电路称为磁耦合感应电路，其中变化的电场产生变化的磁场，又可以转化为变化的电场，它们互相影响，相辅相成 接下来了解下变压器电磁耦合的基本原理，变压器基本原理电路图如图1-3所示图1-3 变压器原理图 图中设有两个耦合线圈1,2，匝数设为N1，N2，假设有交流电I1(t)通过线圈1时，在其会产生交变磁通链，设为自感磁通链，记为11，同时在线圈1中会产生感应电动势，记为E11,同时在线圈2中会产生磁通链，设为互感磁通链，记为21，交变的磁通链也会产生感应电动势，记为E21，磁通量与感应电流满足：21=M21I1，12=M12I2，其中M12是线圈1对2 的互感系数，M21是线圈2对1 的互感系数，它的大程度越深，即为传输越好由法拉第电磁感应定律，感应电动势为磁通链与时间的变化率，其感应
