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无线电传输技术WiressPowerTransfer

发布时间:2020-03-11 15:47 作者:幸运赛车 访问量:157

  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8;0年代,NikolaTesl!a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20!cm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(AG。V)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1!00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R;X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。这些问题可以通过幸运赛车使用滑;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。