毕业论文-简易无线充电装置研制

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1、第一章 绪论 无线充电是一项令人兴奋的技术。顾名思义，无线充电是指具有电池的装置透过 无线感应的方式取得电力而进行充电 1。 今年，无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目。其方便性可以 让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品；由于这产技术相当新颖且各 厂商有自己对技术的表述，所以无线充电、感应式电力、非接触充电、无接点充电 都是泛指相同的技术， 距离 1mm 到数米都是一样是无线， 供电端与受电端交互作用 就称感应，所以无线充电是广义的名词没有一定的规格。 无线充电技术的优势在于便捷性和通用性，可使得多种设备使用一台充电基站， 也许在不久的将来，各种电源适配器剪不断理还乱的

2、情况将不复存在，而利用公共 移动设备充电站成为现实。其给大众带来的意义与影响非同凡响。 1.1 研究的目的和意义 无线供电的设想最早由交流电之父特斯拉在一百多年前就已经由此构想了。他设 计在地球和电离层之间建立起 8Hz 左右的低频共振，再利用环绕地球的电磁波来传 输电力，就像无线电通信一样，但后来特斯拉在 1908 年停止了这项宏大的实验，他 所建造的铁塔也因经济困难而被拆除抵债。 在那以后，人类对无线供电技术的研究一直在继续，尤其在航天领域里，人们想 建立卫星太阳能电站，那么就必须实现高效率的无线供电。进入 21 世纪以来，无线 供电技术开始在民用领域频繁露面，各公司纷纷推出自己的产品。而

3、在科研领域最 广为人知的是 07 年麻省理工作出的成果， 利用电磁共振技术， 在两米外点亮的 60W 的灯泡。 无线充电可以解决很多问题 2。 第一，它可以改变目前电子产品充电接口不兼容的情况，让用户不再需要携带一 大堆充电器和电线，只要将代充电的设备置于发射器附近，就可以充电了。 第二，目前很多传感器需要无线充电，比如埋在墙里的传感器，把它拿出来充电 是不太可能的，还有一些远程的监控用途的传感器，一样地需要无线充电技术。 第三，就是目前广泛应用的植入性医疗器件，如心脏起搏器，每隔七八年病人就 需要做手术来更换电池。如果可以对起搏器进行无线充电，就不需要做危险的手术 了。 第四，无线充电技术还

4、可在市政交通方面有所建树。2010 年 3 月，第一辆无线充 电电动车在韩国京畿道果川市的首尔大公园试运行。这种电动车在铺有电感应带的 路面上行驶时可以无线充电，而不用像传统电动车那样需要通过路轨或车顶电线获 得电力。该车被称作网 E 电动车，由植入地面下约 5 cm 处的充电带提供电力驱动。 实验表明，无线充电系统中所使用的磁场对人体健康并无危害，通过使用分割技术， 分几个部分提供电力，所产生的磁场强度被最小化。据介绍， “在线”电动车不需直 接与电感应带接触。这种在线电动车系统运行费用仅为一般电车的 13，非常适合 我国仍有电车运行的城市。 第五，无线充电技术还可以提高设备的安全性，尤其是

5、一些在潮湿环境中工作的 设备，外露的充电接口是潜在的安全隐患。使用无线充电技术，能量接收端内置于 设备中，设备的外表面就可以全封闭了。 最重要的是，从宏观上看，如今人类对电能的热爱非常强烈，消耗越来越大，乱 如麻的电线和污染环境的电池，带来更多的困挠，无线充电技术是解决这些问题很 好的途径。 1.2 国内外研究现状和发展趋势 无线充电技术目前可通过三种方式实现： 电磁感应式(利用电流通过线圈产生磁场 实现近程无线供电)、磁场共振式(利用磁耦合共振效应近程无线供电)、电波辐射式 (电力转换成电波以辐射传输供电) 3。 1.2.1 电磁感应方式 电磁感应式是使用最广的一种方式，其原理类似于分离的空

6、心变压器。飞利浦的 电动牙刷就是此类应用。目前许多公司都在开发这方面的技术。但电磁感应技术的 一个不足就是用以传递能量的变化磁场，会随着两个线圈的距离增加而迅速减小， 所以传输距离非常有限。 目前常见的充电垫也是利用了电磁感应原理，将多个电子产品，如手机、相机、 MP3 等放到同一个充电垫上，能进行同时充电，而且无需精确定位，原因是充电垫 内装有密集的小型线圈阵列，能在各个方向上建立磁场。接收线圈由磁性合金绕以 电线制成，它附着于电子设备的充电电池上，充电时置于充电垫磁场中的接收线圈 就会产生感应电流，能量就从发射端传输到接收端。由于充电垫产生的磁场很弱， 所以不会对附近的信用卡、录像带等利用性记录数据的物品造成不良影响。该解决 方案提供商包括英国 Splash power、美国 wild Charge 等公司。这种接触式无线电 力传输方式的优点是制造成本较低、结构简单、技术可靠，但是传输功率较小、传 送距离短，一般只适用于为小型便携式电子设备供电。 1.2.2 电磁耦合共振方式 07 年 MIT 的一个无线供电的研究成果使世界为之一叹 4，其背后的原理就是电磁 耦合