磁耦合諧振式無線電能傳輸定義
磁耦合諧振式無線電能傳輸是眾多無線電能傳輸技術(shù)中的一種,但因其傳輸距離遠、效率高、功率大,潛在的實用價值高,近年來(2015年)受到各國學者和愛好者關(guān)注。
無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)是通過發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的中繼能量,如電磁場能、激光、微波及機械波等,隔空傳輸一段距離后,再通過接收器將中繼能量轉(zhuǎn)換為電能,實現(xiàn)電能無線傳輸。根據(jù)能量傳輸過程中,中繼能量形式的不同,可分為磁(場)耦合式、電(場)耦合式、電磁輻射式和機械波耦合(超聲波耦合)式。因傳輸功率大、效率高,磁耦合式無線電能傳輸應(yīng)用較其它方式更為廣泛。
磁耦合無線電能傳輸包括磁耦合感應(yīng)式無線電能傳輸(Magnetically-Coupled Inductive Wireless Power Transfer, MCI-WPT)、磁耦合諧振式無線電能傳輸(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer, MCR-WPT)和磁耦合雙模無線電能傳輸(Magnetically-Coupled Bi-module Wireless Power Transfer,MCB-WPT)三種形式。其中,磁耦合雙模無線電能傳輸(Magnetically-Coupled Bi-module Wireless Power Transfer,MCB-WPT)是今年(2015年)才被提出的,其可以工作在磁耦合感應(yīng)式無線電能傳輸和磁耦合諧振式無線電能傳輸兩種模式下,兼具兩種磁耦合無線電能傳輸優(yōu)點。
磁耦合諧振式無線電能傳輸工作原理
MCI-WPT與MCR-WPT均是基于電磁感應(yīng)原理,結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)及控制理論的新型電能傳輸模式。
無論是MCI-WPT,還是MCR-WPT,為實現(xiàn)較高傳輸效率,均在發(fā)射端和接收端接入補償電容。補償電容可使變換器工作在諧振狀態(tài),實現(xiàn)開關(guān)器件諧振軟開關(guān),降低開關(guān)損耗,進一步提高傳輸效率。
MCI-WPT與MCR-WPT主要區(qū)別在于:能量無線傳輸過程中,是否發(fā)生強磁耦合諧振。強耦合諧振現(xiàn)象的發(fā)生依賴于諧振腔,諧振腔工作原理類似音叉共振:同等能量輸入下,當激勵頻率為諧振腔固有頻率時,諧振腔發(fā)生強磁耦合諧振,諧振腔內(nèi)電流幅值是非諧振時的數(shù)倍(與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)),諧振腔周圍磁場強度加強。得益于強磁耦合諧振,MCR-WPT可在較大傳輸距離下實現(xiàn)較高效率無線電能傳輸。
此外,MCR-WPT系統(tǒng)中,感應(yīng)線圈之間是通過空心變壓器原理實現(xiàn)無線電能傳輸;諧振線圈是通過強磁耦合諧振原理實現(xiàn)無線電能傳輸。在MCI-WPT系統(tǒng)中,電能利用空心變壓器原理實現(xiàn)無線電能傳輸。