无线供能演示装置

何 婷，许明明，程良玉，刘 晓，鲁长宏，史庆藩

（北京理工大学a.宇航学院；b.机电学院；c.物理学院，北京100081）

1 引 言

无线电能传输是近几年兴起的一种新型电能传输技术，即利用特殊设备将电源的电能转变为电磁能，在接收端将能量转变回电能，从而达到对用电器的无线供电.目前利用电磁感应原理的无接触式充电技术在医学工程无创装置、计算机便携式终端以及轨道供电设备方面的应用日益广泛［1］.考虑到感应式无线电能传输的效率是目前应用的关键以及互感因素［2］和补偿结构［3］对传输效率有着重要影响，本文从电容补偿式电路的相量模型出发，分析了传输效率与距离、负载、频率、互感系数、相对角度、径向偏移量等因素的关系，优化了提高传输效率的设计方法.通过与实验结果的验证对比，提出了一种并联接收线圈铺设方案，确定了线圈排布的径向距离范围，保证了传输效率的稳定.笔者制作完成的无线供电小车用来演示无线电能传输的原理，具有较好的教学演示效果［4］.

2 无线电能传输的相量模型

感应式无线电能传输利用了电路间的强互感作用，完成电-磁-电的转换，实现了电能的无线传输.为了研究频率、负载、互感系数以及串联电容补偿对无线电能传输效率的影响，对系统的关键部分，即初、次级互感电路部分建立相量模型［2］.如图1所示，Rs和Rp分别为发射、接收线圈的内阻，线圈自感分别为Ls和Lp，加入补偿电容大小分别为Cs和Cp.为了……