本文下面给出了无线充电发送与接受相关的一些实验内容。 实验所采用的无线发送与接受电路框架如下图所示。使用MOS半桥电路驱动将直流电能转换成交流信号发送线圈L1，附件的接收线圈L2通过电磁耦合将磁场转换成电能，并通过整流桥将交流电压重新转换成直流电源。 串联电容C1，C2分别与L1,L2形成串联谐振，抵消漏磁对能量传送的影响。 无线电能传输中信号频率是系统的重要参数。频率越高对于传送线圈的体积要求越小，但同时也会提高电能转换电路的损耗。由于在智能车竞赛中的无线电能传送还肩负着电磁导航的功能，因此适当提高震荡频率可以减少接受线圈尺寸以及导航线圈的体积。在下面实验中，设计震荡频率大约在100kHz左右。 为了减少导线在高频信号下集肤效应，采用200股纱包线制作耦合线圈。下面是制作的两个相同的线圈，匝数为9匝，线圈直径大约17厘米。一个用于电能发送，有个用于电能接收。 线圈的参数： 电感：L0=29μH， 电阻：R0=0.086Ω 两个线圈L1，L2之间存在电磁互感M，它与两个线圈的形状以及相互之间的距离有关系。 通过在其中一个线圈中施加交流信号，测量另外一个线圈内感应电动势可以获得两个线圈之间的电磁互感M，从而可以计算出线圈之间的互感系数： 其中，L1,L2是两个线圈各自的电感量。如下显示了线圈之间的互感系数随着距离的增加而降低的情况。 使用两个47nF的电容并联，作为C1,C2，根据线圈的电感量，可以计算出谐振频率大约为： 通过快速制板方法，可以搭建起实验系统，测试无线电能传输效果。在实验中，挂接在接收线圈整流桥上的负载电阻为一个100W的，0~20Ω的可调电阻。 首先测试了在不同负载电阻下，系统传送功率与效率。 测试条件为：
下表显示了在不同的负载电阻下，无线传输功率与效率： 电阻 输出电压 工作电流 PIN(W) POUT(W) 效率(%) 18.731.442.87752.8669.0576.55 17.028.272.63347.0163.19274.394 14.924.872.36941.51165.86573.01 12.922.0022.136837.52651.2873.174 11.118.741.90331.6445.6769.27 8.114.081.57424.2737.77664.79 从上图可以看出，负载电阻越大，输出的功率和效率就越大。这一点与普通的直流电源提供的电能特性不太一样。为了能够将接收到的电能有效充入智能车储能电容，其中需要进行有效的电能转换才行。 在前面分析中，需要发送和接受线圈都工作在串联谐振状态下。如果电路中的电感、电容没有在工作频率发生谐振，则传输的功率就会下降。 下图显示了电路在不同工作频率，实际测量所得到的发送功率、接收输出功率以及传输效率曲线。 可以看到系统只有在谐振频率附近，在相同的负载上传送的功率才会很大。 在输入和输出都是串联谐振的情况下，系统的传送效率公式为： 在原边和负边的电路电阻R1,R2都比较小的情况下，系统传送效率基本是一个常数。 前面验证了一种设计制作的无线电能传送系统在100W范围内的传送功能与效率，在接收线圈调谐在100kHz左右时实现的80%左右的传送效率。这种接收线圈采用了200股纱包线绕制而成，对于节能信标组车模来将稍微显得尺寸大了些。为此，需要对接受线圈在接受功率、重量、尺寸等方面进行综合优化。 |
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