無(wú)線電能傳輸參考文檔課件

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),#,無(wú)線電能傳輸技術(shù),無(wú)線電能傳輸技術(shù),目,錄,CONTENT,01,|,背景介紹,02,|,基本結(jié)構(gòu)與工作原理,03,|,技術(shù)應(yīng)用研究,04,|,發(fā)展趨勢(shì),目CONTENT01|背景介紹,0,1,PART ONE,背景介紹,0PART ONE背景介紹,背景介紹,4,在,三體,小說里，描繪了未來世界的場(chǎng)景。在那個(gè)世界里也沒有煩人的插座和各類充電接口，在那個(gè)世界里汽車飛機(jī)以及手機(jī)，全都是電動(dòng)的，但是不需要充電也不擔(dān)心續(xù)航的問題。所有電器沒有任何多余的插電線或充電口。大氣圈內(nèi)到處都有能量可用。,人類經(jīng)過研制出可控核聚變技能，獲得了近乎無(wú)限的“燃料”，不用擔(dān)心能量的損耗，所以能夠遍及,無(wú)線電能傳輸技術(shù),。,背景介紹4在三體小說里，描繪了未來世界的場(chǎng)景。在那個(gè)世界,背景介紹,5,無(wú)線電能傳輸技術(shù),這一概念的提出最早可以追溯到,19,世紀(jì)末期。,1893,年，,Nikola Tesla,在芝加哥舉行的世界博覽會(huì)上首次展示了通過無(wú)線方式供電的熒光照明燈。,1893,年,Tesla,向外展示無(wú)線傳輸原理,無(wú)線電能傳輸,(wireless power transfer,WPT),，,是一種通過電磁效應(yīng)或者能量交換作用實(shí)現(xiàn)從電源到負(fù)載無(wú)電氣接觸地進(jìn)行電能傳輸?shù)男滦洼旊姺绞?，相比傳統(tǒng)導(dǎo)線輸電方式，其具有安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，因此受到了越來越廣泛的關(guān)注,。,背景介紹5無(wú)線電能傳輸技術(shù)這一概念的提出最早可以追溯到19世,背景介紹,6,2007,年，美國(guó)麻省理工學(xué)院,(Massachusetts Institute of Technology)MIT),的,Marin Soljacic,教授等人基于磁耦合諧振原理在中等距離無(wú)線電能傳輸方面取得了新進(jìn)展。他們“隔空”點(diǎn)亮了,1,盞離電源,2m,開外的,60W,燈泡，效率達(dá)到了,40%,，并在,Science,雜志上發(fā)表了其研究成果，引起了世界轟動(dòng)。隨后，世界各地的研究人員對(duì)無(wú)線電能傳輸開展了越來越多的研究。,MIT,無(wú)線電能傳輸裝置和實(shí)驗(yàn)組成員,背景介紹62007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院(Massachuse,0,2,PART TWO,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,0PART TWO基本結(jié)構(gòu)及工作原理,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,8,無(wú)線電能傳輸分類,無(wú)線電能傳輸,電磁輻射式,無(wú)線電波,激光,電場(chǎng)耦合式,磁場(chǎng)耦合式,諧振式,感應(yīng)式,超聲波等,基本結(jié)構(gòu)及工作原理8無(wú)線電能傳輸分類無(wú)線電能傳輸電磁輻射式無(wú),基本結(jié)構(gòu)及工作原理,9,1.,磁感應(yīng)耦合式,WPT,從電網(wǎng)輸入的工頻交流經(jīng)過整流逆變后轉(zhuǎn)換成高頻交變電流，并輸入到可分離變壓器的原邊繞組，在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)耦合作用下將電能傳輸?shù)娇煞蛛x變壓器副邊，而得到的高頻交變電流經(jīng)電流調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成負(fù)載需要的工作電流，以達(dá)到為負(fù)載供電的目的。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理91.磁感應(yīng)耦合式 WPT從電網(wǎng)輸入的工,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,10,1.,磁感應(yīng)耦合式,WPT,磁感應(yīng)耦合式,WPT,系統(tǒng)在不同補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)條件下有不同的等效電路模型，根據(jù)等效電路建立方程組，便可得到系統(tǒng)的傳輸特性函數(shù)。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理101.磁感應(yīng)耦合式 WPT磁感應(yīng)耦合式,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,11,2.,磁耦合諧振式,WPT,利用兩個(gè)具有相同諧振頻率且具有高品質(zhì)因數(shù)的電磁系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)射線圈以某一特定頻率工作時(shí)，在與之相距一定的距離的接收線圈通過分布式電容與電感的耦合作用，產(chǎn)生電磁耦合諧振，高頻電磁能量在兩線圈之間發(fā)生大比例交換，當(dāng)接收線圈上接有負(fù)載時(shí)，負(fù)載會(huì)將一部分能量吸收，從而實(shí)現(xiàn)了電能的無(wú)線傳輸。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理112.磁耦合諧振式 WPT利用兩個(gè)具有,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,12,2.,磁耦合諧振式,WPT,根據(jù)電路理論建立等效電路的回路,KVL,方程組，求解方程組可得到傳輸功率和傳輸效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而對(duì)磁耦合諧振式,WPT,系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行理論分析。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理122.磁耦合諧振式 WPT根據(jù)電路理論,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,13,3.,微波輻射式,WPT,微波功率發(fā)生器將直流轉(zhuǎn)換成微波能量，并由發(fā)射天線聚焦后向整流天線高效發(fā)射，微波能量經(jīng)自由空間傳播到整流天線，并經(jīng)過整流天線的整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流功率后，給負(fù)載供電。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理133.微波輻射式 WPT微波功率發(fā)生,基本結(jié)構(gòu)及工作原理,14,4.,激光方式,WPT,激光發(fā)射模塊發(fā)出特定波長(zhǎng)的激光，激光束通過光學(xué)發(fā)射天線進(jìn)行集中、準(zhǔn)直整形處理后發(fā)射，并通過自由空間到達(dá)接收端，且經(jīng)過光學(xué)接收天線接收聚焦到光電轉(zhuǎn)換模塊上完成激光,電能的轉(zhuǎn)換。,基本結(jié)構(gòu)及工作原理144.激光方式 WPT激光發(fā)射模塊發(fā),0,3,PART THREE,技術(shù)應(yīng)用研究,0PART THREE技術(shù)應(yīng)用研究,技術(shù)應(yīng)用研究,16,高通在寶馬,i8,上搭載無(wú)線充電技術(shù),海爾的無(wú)尾電視,蘋果手機(jī)的無(wú)線快充,MIT,螺旋式無(wú)線電能傳輸樣機(jī),技術(shù)應(yīng)用研究16高通在寶馬i8上搭載無(wú)線充電技術(shù)海爾的無(wú)尾電,技術(shù)應(yīng)用研究,17,磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸,(magnetically-coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT),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(shí)，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(yīng)式，該方法傳輸距離較遠(yuǎn),;,相比于輻射式，其對(duì)電磁環(huán)境的影響較小，且功率較大。,正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，,MCR-WPT,得到越來越多的研究。,技術(shù)應(yīng)用研究17磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸(magnetica,技術(shù)應(yīng)用研究,18,植入式電子裝置,植入式刺激器,植入式電子測(cè)量系統(tǒng),植入式藥療裝置,植入式人工器官及輔助裝置,心臟起搏器,、,除顫器,膠囊內(nèi)窺鏡,植入式注射泵,人工心臟、人工耳蝸,目前市面上的一些植入式醫(yī)學(xué)電了裝置均采用鋰電池供電，這種內(nèi)置電池供電方式的最大缺點(diǎn)就是使用壽命的限制，一旦電池能量耗盡，人們只能通過再次手術(shù)來更換電池，而有些患者由于年事已高或者其他原因不宜再次手術(shù)，即使可以手術(shù)也會(huì)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。,技術(shù)應(yīng)用研究18植入式電子裝置心臟起搏器、除顫器膠囊內(nèi)窺鏡植,技術(shù)應(yīng)用研究,19,無(wú)線電能傳輸?shù)奶攸c(diǎn)非常適用于醫(yī)學(xué)式植入式電子器件領(lǐng)域：,只有當(dāng)接收線圈存在且與發(fā)射接收線圈具有相同的諧振頻率時(shí)才能實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，而非該特定頻率的物體則基本不受影響。,由于該技術(shù)屬于近場(chǎng)無(wú)損非輻射諧振耦合，相比于電磁感應(yīng)、體導(dǎo)電等方法，它具有更遠(yuǎn)的傳輸距離和更高的傳輸效率。,該技術(shù)在能量傳輸?shù)倪^程中不受非導(dǎo)磁性障礙物的影響，這就表示它具有一定的穿透力，可以應(yīng)用于譬如生物組織內(nèi)部等視線達(dá)不到的地方。,技術(shù)應(yīng)用研究19無(wú)線電能傳輸?shù)奶攸c(diǎn)非常適用于醫(yī)學(xué)式植入式電子,技術(shù)應(yīng)用研究,20,2011,年，美國(guó)華盛頓大學(xué)、匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心與英特爾宣布，利用磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸技術(shù)，共同試制出了植入式人工心臟使用的供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一般的直徑為數(shù)十厘米諧振線圈的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，在人工心臟上安裝了直徑,4.3cm,的接收線圈，并且將其放入模擬人體組織環(huán)境的容器中，對(duì)能否從容器外部供電進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果顯示，能夠以,80%,的傳輸效率穩(wěn)定施供電。如果把該技術(shù)與容量可為人工心臟供電約,2,個(gè)小時(shí)的蓄電池組合使用，電源線就無(wú)需探出體外感染的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)因此而驟降。而且，在蓄電池未耗盡期問，患者還可以取下電源系統(tǒng)，可淋浴、可在泳池游泳。而且該技術(shù)將不僅限于人工心臟，在其他的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也會(huì)有較為廣泛的應(yīng)用。,美國(guó)兩所大學(xué)與英特爾試制成功人工心臟無(wú)線供電系統(tǒng),技術(shù)應(yīng)用研究20 2011年，美國(guó)華盛頓大學(xué)、匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué),技術(shù)應(yīng)用研究,21,植入式人工心臟無(wú)線電能傳輸臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)了幾大問題：,線圈方位敏感,環(huán)境參數(shù)敏感,植入性和便攜性難題,電磁兼容問題,如果上述問題得不到妥善解決，就無(wú)法在患者自由活動(dòng)的情況下提供可靠而持續(xù)的無(wú)線電能傳輸，患者體內(nèi)就需要植入備用電池，無(wú)線電能傳輸可能就失去其優(yōu)勢(shì)。到目前為止，基于磁耦合諧振的人工心臟無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)離臨床應(yīng)用還很遠(yuǎn)。,分布式,FREE-D,人工心臟無(wú)線電能傳輸概念系統(tǒng),技術(shù)應(yīng)用研究21植入式人工心臟無(wú)線電能傳輸臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)了幾,0,4,PART THREE,發(fā)展趨勢(shì),0PART THREE發(fā)展趨勢(shì),發(fā)展趨勢(shì),23,預(yù)測(cè),WPT,技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：,WPT,技術(shù)理論的系統(tǒng)化,智能化,WPT,系統(tǒng),WPT,系統(tǒng)的電磁環(huán)境安全,WPT,技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。,發(fā)展趨勢(shì)23預(yù)測(cè) WPT 技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方,謝謝觀看,請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正,謝謝觀看請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正,