无线电能传输技术的基本原理

无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)也称之为非接触电能传输技术(Contactless Power Transmission, CPT),是一种借助于空间无形软介质(如电场、磁场、微波等)实现将电能由电源端传递至用电设备的一种传输模式。

无线电能传输有效地解决了电源的便捷、安全接入问题,解决了传统依靠电导体直接进行物理接触的电源直接接触式输电模式所带来的插电火花、积炭、不宜维护、易产生磨损。特别是在特殊环境下用电存在的安全隐患等问题。

根据无线电能传输原理,无线电能传输主要有以下3类:
(1)电磁场感应耦合式;
(2)磁谐振耦合式;
(3)微波辐射式。
除此之外,还有电场耦合式、超声波方式和激光方式等。

1. 电磁感应耦合式

1. 1 基本原理

电磁感应耦合式(又称感应耦合式、电感耦合式)无线电能传输技术通过电磁耦合,以无线方式向负载传递电能。

1.2 工作原理

工频交流电源在整流滤波获得直流电能后,通过高频逆变器进行逆变,逆变所产生的高频交变电流输入一次侧发射端一次绕组,一次侧绕组中的高频交流产生的磁链与接收端二次绕组交链,从而产生感应电动势,该感应电动势通过高频整流及直流斩波等调节电路之后即可向负载提供电能。

感应耦合式无线电能传输系统原理图

一次绕组与二次绕组可以等效成一组可分离的松耦合变压器,当一次绕组中流过高频电流时,在二次侧中会感应出同频电功率,从而利用两者的感应耦合来完成电能传输。

2. 磁谐振耦合式

2. 1 基本原理

基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换,而非谐振物体之间能量交换却非常微弱。

2. 2 工作原理

能量接受器与发射源采用具有相同谐振频率的感应线圈,发射源由振荡电路激发感应线圈产生交变磁场,当具有相同谐振频率的接收端感应线圈进入磁场时,在接收绕组上产生磁谐振,在接收装置中不断集聚能量,提供给负载,从而实现能量传递。

近场谐振式无线电能传输原理图
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