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无线电传输技术WiressPowerTransfer

阅读量:224 更新时间:2020-04-09 01:16 作者:秒速pk10

  无线传输电源的想法已经存在了、很长一段时间。早在20世纪80年代,,Ni&#;kol。aTesla和其他先驱就开始使用电磁波进行无线功率传输试验。!表1显示了一些具有代表性的无线电传输系统。

  无线功率、传输可分为无线电波。(微波)或激光传输。能量辐射类&#;型,以及电。场或磁场传输能量的非辐射类型。辐射类型具有长期传输的优点,但由于环境条件等能量损失大,传输效率低。与此相比,非辐射类型基本上被设计成尽量减少能量损失,从而产生比辐射类型、更好的转移效率,但缺点是传输距离有&#;限。

  有两种类型的非辐射无线电、传输系统,即磁场耦合和电场耦合。20世纪90年代。以来无线电传&#;输的磁;场耦合电磁感应广泛应用于无绳;电话、电动剃须刀、电动牙刷等。电池充电。采用电磁传感器运行的电。动客车对其电池进行了无线充电。此外,电磁感应方法(;如QI和PMA标准)可用于各种充电垫和充电座,如智能电话。

  2006年和2007!年在麻省理工学院(麻省理工学院)提交的研究论文引起了人们的兴趣。随着越来越多的关注,概念验、证实验已经开始在世界各地开发&#;产品。

  开关电源中使用,的变压器的原理解释了电磁感应方法与!磁;共振方法的区别(图1)。变压器是初级绕组和二次绕组的!结构,。主绕组和二次绕组是电隔离,但流过主绕组的电流产生的磁通量变化(激励电流)通过核心传递到二次绕组。并且由于电磁感!应引起的电势效应&#;导&#;致电流到二次绕组(感应电流)。

  无线功率传输的电磁,感应方法由放大器单元功率传输线圈和功率接收单元组成。功率传输线圈单元和功率接收线圈单元类似于变压器芯!分离以产生空间或空隙的结构。由于系统的简单无线功率传输具有成本低、成本低的优点,功率传输线圈与功率接收线圈之间的距离增加。随着、磁耦合的降低,传输效&#;率!急剧下降。当线圈之间的距离增加时,部。分磁通变为漏磁,!从而削弱,线圈之间的磁耦合。

  无线功率传输的磁共振方法是解决功率传&#;输&#;线;圈与功率接收线圈之间距离引起、的效率下降的问题。磁共振是磁性的一个特例。

  功率传输侧与功率接收侧之间的磁耦合程度称为。耦合系数值。如果功率传输线圈和功率接收线圈&#;的电感为L1和L2,互&#;感为M,耦合系数(因,素)为以下方式。

  耦合系;数小于0k≤1,理;想相当于1≤=100!%的传输效率,无泄漏。然而,随着线圈之间的距离增加,随着线圈中心之间的距离增加,耦合系数下降。

  在磁共振方法中,将、电容器插入电力传输侧和功率接收侧,形成;LC(电感器)和电,容器谐振电&#;路,并通过匹配两侧的谐振频率传输功率。它的优点是,即使耦合系数较低,也可以达到0.5≤图;2的高传输效率。

  在电磁感应和磁共,振方法中,功率传输线圈与功率接收线圈之间的距离和传输效率,如图3所示。这是两个!40,×40厘米线&#;圈的比较。彼此面对面,改变他们的姿势。当线圈之间;的距离(沿Z轴)逐渐增加时,电磁,感应方法中的传输效率从线圈直径的一半降低到大约40%,但在磁共振方法中。传输效率保持在90%或更高。

  如果线圈之间的距离!保持在10c&#;m,两者之间的对准变化(沿x轴。),当线圈中心之间的距离为20cm时。传输效率从电磁降低到40%。感应方法但传输效率保&#;持在90%。

  电磁感应和磁共振方法均采用磁耦合无线电传输系统。并利用高频电!源将高频磁场的变化从功&#;率传输线圈传递到功率接收线圈。虽;然它是一个高频磁场,但它不是一个电磁波。磁场的变化是远距离、距离1/2π(约1/6)的电磁波释,放,。它表明,近场磁场。更接近源头,其强度与距离平方形成反比。这就是为什么功率传递距离小的原因。

  !磁共振方法中的电路创新,即使线;圈之间,的距离是线圈直径的一半或更多,也能有效地传递电源。而由于磁&#;共振方法支持宽功率范!围内的传输,从低于1W到!高于10kW。因此,预计它将成为工业应用中无线功!率传,输的主流方法之一。

  磁共振,方法中最大的传输效率是耦合系数(K),和线圈质量因数(Q)&#;(kq)乘积函数)。即使耦合系数较低!,也可以通过增加线圈Q获得较高的传输效率。这是它与磁传感器最大的区别。然而,有必。要克服几个问题,以实现无线,功率传输的。磁共振。

  线圈的Q值表示为Q=2πL/R,其中f为谐振频率L,线圈电感R为线圈。交流电阻..根据&#;该公式,如果增加线圈直&#;径以增加电感或增加线圈的匝数,理&#;论上将增&#;加Q。然而,由于在这种情况下阻力的增加,必须优化线圈的!形状和尺寸,以平衡线圈的设计。

  另一个要求是它应该支持共、振频率的变化。在磁共振方法中,当功率传输线;圈与功率接收线圈之间的最,佳距离为最佳距离时,可、以达到最大的传输效率。不同于电磁感应方法,这一距离可能导致传输效率下降而,不是增加。这是因为当存在最佳距离偏差时,互感M变,化导致耦合系数和谐振频率的变化。此外,线圈周围物体的分散电容也会影响谐振频率!,导致未,调整的非优化系统。

  因此,在磁&#;共振方法中,通常需;要特殊电路自动跟踪和调谐电路,使系统比电磁感应方法更加复杂。有许多技术来补偿谐振频率的、波动,但这是磁共振方,法中最重要的技术考虑和线圈设计技术。

  提高安全性和,可靠性:消除电极劣化和磨损。等缺陷,因为没;有连接电极。无线功率传输可以通过秒速pk10玻璃和水下进行。

  计算机在自动生产线和仓库中控制的自动指导车辆(AGV。)用于货物运输。有各种各样的类型,如手,推车类型和改进,但由于它们都是电池、供电,它们需要经常更换电池(或收费)。

  携带100公斤载荷的自动引导车辆可连续使用8小时.。.除了更换电池所需的劳动力和时间外,还必!须承担更换电池的费用。此外,在清洁室。更换手动电池可能会对其清洁产生负面影响。

  这些!问题的解决方案是利用自,动充电无线电传输,具有节省劳动。力和时间的优点。当AGV&#;静止、以装载或卸载货物时,安装相对较小的电池可以大大降低成本。

  用于自动引导和物流机器人的1kW系统的基本配置如图5所示。电力传输系统由放大器单元和TX线圈单元组成,电力接收系统由RX线圈单元和电源、接收组成。单位。TX线&#;圈与RX线圈之间的传输距,离为20~40mm,公差为±30mm,可实现高效无线功率传输。。电源接收系!统的特点是;非常紧凑,使其成为小型自动引导车辆的理想选择。

  200W系统已经开发了在!移动过程中工作&#;的工业机器人的应用。地板上的电缆破坏了工作环境,造成电缆损坏。电力电;缆的使用也限制了移动距离。

  、如图,8所示,!在电力电缆的连接中存在扭曲或缠绕轴的风险。旋转角度也是有限的。这些问题可以通过使用滑环来解决,但它将导、致刷子的退化和磨损,将电源传递到旋转元件。

  这些问题的解决方案之一是将无线电功率传输到旋转。元件,但传统的方法(图8)引起了其他问题。由于高频磁场传递功!率的;使用,如果轴为金属,则涡电流和热量的产生导致效率下降。

  其内部结构如图10、所示。该结构由容纳在圆、柱,形外壳内的电力传输线圈单&#;元组成,并在较大的圆,柱。形外;壳中密封。所述功率&#;传输线圈和所述功率接收线圈放置在所述各自壳体的内壁上。因此,旋转部件可以在不限制旋转角度的情况下传输无线功率,而不需要缠绕电缆。

  此外,安装在功率传送侧壳内侧和功率接收侧壳、外,以容纳线圈的磁通量。线圈产生的磁通量不!会泄漏,因为它在铁氧气体盘内的闭合磁体回路中间。&#;因此,即使轴是金属或附近有金属物体,它们也不会导致涡。流引起的加热或效。率下降。此外,电路板的设计简单紧凑(外径75毫米)为45毫米),因为它集!成在线圈中。因此,它是旋转部件的最佳无线电传输系统,如机器人手臂和监控,摄像头。

  即使在工业设备领域引入无线电传输系统,如自动引导车辆和机器人;,也会带来方便、安,全和;可靠性的改善。并且由于自动充。电而节省劳动力和降低成本。