[發明專利]磁諧振耦合無線電能傳輸系統的實現方法

無效

• 申請號: 201410180860.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103944284A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 向學位;陳禹帆;王棣生;付志紅
• 申請（專利權）人: 向學位;陳禹帆;王棣生;付志紅
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及USB風扇技術領域，尤其涉及磁諧振耦合無線電能傳輸系統的實現方法。

背景技術

無線電能傳輸技術是指通過非接觸的方式傳輸電能的方法。現有的無線能量傳輸技術主要有：感應耦合技術、磁耦合諧振技術、基于微波或光波的輻射技術。

其中，磁諧振耦合無線電能傳輸技術集合了電磁場、耦合模理論、高頻電力電子、電磁感應理論等多學科的基礎理論與應用技術，是國內外學術界和工業界開始探索的一個新領域，屬于世界上電能輸送領域的前沿課題。

磁諧振耦合無線電能傳輸技術是由美國麻省理工學院的Soljacic教授提出的。不同于遠場的輻射損耗，它屬于近場無損非輻射諧振耦合，雖然發射端和接收端之間的諧振耦合隨兩者距離的增加有所衰減，但從理論上說，未被負載吸收的能量會返回發射端，從而不會對效率影響太大。由于共振波長遠遠大于諧振器尺寸，所以附近物體對其影響有限，而且由于磁場和生物體之間相互作用很弱，所以對生物體是相對安全的。

此技術在繼承了可遠距離傳輸的電磁波式和近距離傳輸的電磁感應式無線電能傳輸技術優點的同時，又克服了其不足：

(1)傳輸距離方面：電磁波式傳輸距離最遠，電磁感應式傳輸距離最短，磁耦合諧振式傳輸距離介于前兩者之間，在保證高效率的同時，突破電磁感應式厘米、毫米等級限制；

(2)傳輸效率及功率方面：電磁波式因遠距離傳輸在空氣中損耗嚴重而效率較低，對應的傳輸功率也相對較低；電磁感應式在毫、厘級較高；而磁耦合諧振式傳輸效率在較遠距離僅稍低于電磁感應式，功率在瓦至百瓦級，甚至更高。

(3)對周圍環境影響：大功率的電磁波式無線電能傳輸時產生的電磁波輻射，會對周圍環境產生較大影響；電磁感應式近似一個變壓器的松耦合，對周圍環境影響較小；磁耦合諧振式是一種非輻射性磁耦合，在近場區內，僅對與其諧振頻率相匹配的物體產生強耦合作用，而偏離諧振頻率的物體影響很弱。

磁諧振耦合無線電能傳輸機理的深入研究對今后該技術在各個領域的應用具有重要的理論指導意義。由于該技術比微波無線電能傳輸技術效率高，比感應耦合無線電能傳輸技術傳輸距離遠，所以相較于其他兩項技術，該技術更具研究意義和實用價值。

?磁諧振耦合無線電能傳輸技術是由美國麻省理工學院的Soljacic教授提出的。?2006年11月，美國MIT的研究人員提出了可中距離傳輸的無線電能傳輸技術，并隨后通過實驗進行了驗證了以40％的傳輸效率，點亮了兩米多外的60?w燈泡。其理論依據在于：如果兩個振蕩電路具有相同的諧振頻率，那么在波長范圍內是通過近場瞬逝波耦合的。感應器產生的駐波在遠遠小于損耗時間內，允許能量高效地從一個物體傳輸到另一個物體。不同于遠場的輻射損耗，它屬于近場無損非輻射諧振耦合，雖然發射端和接收端之間的諧振耦合隨兩者距離的增加有所衰減，但從理論上說，未被負載吸收的能量會返回發射端，從而不會對效率影響太大。

磁耦合諧振式無線電能傳輸利用諧振原理，使得其在中等距離(傳輸距離一般為傳輸線圈直徑的幾倍)傳輸時，仍能得到較高的效率和較大的功率，并且電能傳輸不受空間非磁性障礙物的影響。相比于感應式，該方法傳輸距離較遠；相比于輻射式，其對電磁環境的影響較小，且功率較大。正是由于這些優點，使其得到越來越多的研究。目前國內外已有文獻對無線電能傳輸技術進行總體的概述，國內外一些高校和研究部門也相繼開展了感應式和諧振式無線電能傳輸的研究工作，取得了有意義的成果。

傳輸水平具體反映為傳輸功率、傳輸距離和傳輸效率，與系統諧振頻率密切相關。關于系統諧振頻率的選擇，很多研究使用13．56MHz頻率，保證系統工作在工業科研醫療所允許頻段。而其它的研究系統頻率從90．79kH到80MHz不等。總體來說處于比較高的頻段。

?盡管磁耦合諧振式無線電能傳輸技術已經取得了長足的進展，但目前仍有不少問題尚待解決。主要表現為如下幾個方面：

（1）理論上，針對該技術，系統性的分析和設計方法并未被完整地提出，諧振頻率、電感值、電容值等參數并沒有一套成型的理論進行選擇設計。系統參數的敏感性分析并沒能得到有效的開展。系統對頻率變化非常敏感，而當該系統中的某一部分的參數發生改變時，系統的傳輸特性的變化情況，以及如何進行校正，并沒有得到深入的研究。

（2）與耦合諧振式無線電能傳輸技術研究應用相關的問題，如高效高頻發射源的制作、線圈的選擇、阻抗匹配、恒壓輸出、電容補償、導電／導磁物質的干擾問題等，都還沒能得到切實地解決。

（3）與實際應用聯系緊密的問題有待解決，如何將技術應用到實際需要實驗研究。