无线电能传输装置设计

作者：李瑞金，马艳娥，秦冬梅，宋金沙，张甜 来源：《中国新通信》 2018年第10期

【摘要】 现代社会，科学技术在不断的发展，经济水平在逐步提高，无线电能传输技术在受到大家关注的同时也取得了极大的发展，在很多领域得到了广泛的应用。本文利用电磁耦合谐振无线能量传输的原理设计并制作出小型无线电能传输装置。通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。装置主要由三大部分组成，分别是能量发送端、收发线圈和能量接收端。本设计适用于对距离传输要求不高的地方。

【关键词】 无线能量传输 磁耦合谐振 单片机

我们周边的电子设备越来越多，人们对电能的消耗也越来越大，然而传统电能传输方法是通过导线的金属接触直接供电。无线电能传输技术却不依赖于有线的传输媒介，有着传统的供电方式所达不到的独特优势，在有线供电部署困难的情况下，无线电能传输具有重要的意义。研发出功率大、距离远的无线电能传输装置，可以最大限度的提升设备供电的便捷性、可靠性和安全性，也将使我们的生活发生巨大的改变。

无线电能传输装置的实现主要是经发射装置把原有的电能转换成其他形式的能量，经过空气到达接收端，把收集到的其他形式的能转换成可以使用的电能。能量在传输的过程中，被转换的能量形式不一样，有电耦合、磁耦合、超声波耦合和电磁辐射四种形式。谐振式磁耦合无线电能传输技术的传输距离远、节约能源、保护环境、方便快捷、功率大、效率高，潜在的实用价值高，使用最多。在新一代的无线电能传输技术中，磁耦合谐振式无线电能传输是研究热点之一。

谐振式磁耦合无线电能传输是无线电能传输的一种，耦合模理论是它的基本概念。

耦合模理论（coupled mode theory）是研究两个或多个电磁波模式间耦合的一般规律的理论。

电磁谐振耦合无线电能传输系统的根本理论是麦克斯韦电磁场理论，麦克斯韦电磁场理论的核心主要是变化的磁场能激发电场，变化的电场可以激发磁场，电场与磁场息息相关，他们共同构成了一个统一的电磁场。

磁耦合谐振式无线电能传输装置是由发射模块与接收模块两大部分组成。发射模块主要是把电流电能转换为能量发送出去；接收模块主要是将能量转化为电能，使发光二极管发光。系统由单片机外围电路、电源转换电路、接收单元电路以及发射接收线圈组成，经过线圈谐振耦合，来实现无线电能传输，图1 为发射端总原理图，图2 为接收端电路原理图。

单片机外围电路由ATC52 单片机、晶振电路、复位电路、显示电路以及高频功率放大电路组成，如图3 表示为单片机外围电路。

电源转换电路由于采用12V 直流供电，而单片机的供电电压为5V，所以要把12V 电压转换为5V 电压，本设计用3端正稳压电路7805，电压转换电路如图4 所示。

接收端的电路比较简单。它把接收线圈收到的能量进行转换。因为灯泡点亮需要直流电，所以需要把接收到的能量转换为直流电，因此需要在电路中加入整流滤波电路，接收端的电路图如图5 所示。

发射接收线圈设计采用0.2MM 的同心线圈按照直径15厘米绕着4 圈，经过测试其电感为43UH 左右。

线圈的匝数有一定的要求，过多过少都是不可以的，过少电感太小，过多感抗太大，通过的电流太小产生的磁场也就小了。

总结

本文以实现中程距离的无线电能传输为目标，采用电磁谐振耦合式无线能量传输技术，运用理论与实验相结合的方法，以实现距离、效率、功率最大化为设计目的，研究并设计了一个无线电能传输系统。

总体来说，这次设计取得了预期的效果，实现了预期的功能，当然还有很多值得改进的地方，这需要我们不断地完善。

参 考 文 献

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[3] 任晓亮, 宋长宝, 张武, 吴方, 魏巍. 肠道机器人无线电能传输装置的研制[J]. 天津理工大学学报, 2013,29(5):6.