(沈阳理工大学信息科学与工程学院 辽宁沈阳 110168)
摘要：无线输电技术，因其利用电磁场与电磁波，通过空气介质传输电能而取代传统方式的电缆传输电能，现如今被广大科技公司利用到现实生活中。本课题采用磁耦合式无线输电原理设计的简易无线输电系统，具有简易，快捷的优点，适合广大喜欢无线输电技术的电子爱好者进行研究和实验，从而对该领域有进一步的认识。
关键词：无线输电；电磁耦合；整流；稳压
1 引言
无线输电，是指不经过传统的输电电缆，而是通过耦合天线和空气介质，将电能从电能发送端传送到接收端的技术。无线输电概念的提出最早要追溯到1889年Nikola Tesla(1856~1943)的无线输电的实验。2007年，美国麻省理工学院物理学家Marin Soljacic为首的研究小组成功把一盏距发射器2.13m以外的60瓦灯泡点亮。2015年3月12日，日本三菱重工的科研人员将10千瓦电能转换成微波后输送，成功点亮了500米外接收装置上的LED灯。以上三个例子成功的说明了无线输电的可行性。该研究与设计中，我们设计了一种简易无线输电系统，可实现一定距离上传输电能的功能。
2 简易无线输电系统基本原理
2.1 概述
现阶段，无线输电大多数采用四种方式：电磁感应式、谐振式、磁耦合式和微波。在本简易无线输电系统设计中采用磁耦合式无线输电。系统分为两大部分：电能发射部分和电能接收部分，基本结构如图1所示。
图1 简易无线输电基本原理框图
2.2 信号发生部分
发射部分在简易无线输电系统中起着至关重要的作用，根据丹麦著名物理学家Hans Christian Oersted(1777-1851)发现的电流磁效应，交变的电流会在其通过的导体周围产生磁场。所以，在该系统中，需要一个信号源产生交变信号，以驱动后面的功率放大器将大功率交变电流耦合至线圈中发射。简易的信号发生电路可以有多种，常见的有555时钟电路，MAX038，AD9850，ICL8038等；在微波无线输电系统中可采用磁控管，以实现长距离、大功率的无线电能传输。
2.3 功率放大部分
交变信号经信号发生部分产生后，由于其电流较小，不足以驱动线圈在空气介质中产生交变磁场，从而使接收线圈接收不到或者接收到极其微弱的交变电磁场，导致电能接收部分不足以驱动负载，所以通常不会采用直接耦合方式。在本设计中，我们采用功率放大方式，以提高交变信号的电流，增大其功率，经过阻抗匹配电路，使交变电流完全耦合至发射线圈中，交变电流在线圈中驱动周围空气产生交变磁场，接收线圈接收后以便于进行下一步的处理。
2.4 天线的选用
在天线理论中，有各种各样的天线，如鞭状天线、V型天线、环形天线、八木天线等。在本设计中，我们采用环形天线，即俗称的线圈。选用线圈的好处，一是制作简单，方便，利用铜丝和圆形物体，经过计算和仿真模拟，根据结果即可自行制作；二是耦合性好，无线电能传输，不同于常见的电缆传输的损耗极低的特点，经过空气介质后，衰减极大，不经过精确的计算极易导致接收部分接收不到无线电能。综上所述，本设计选用环形天线。
2.5 整流稳压电路
接收天线即环形天线，接收到的无线电能是交变电压。我们通常的负载，如充电电池，LED灯等，都是工作在直流状态下，所以需要对接收到的交变电压流进行处理。整流是对交变电压进行处理的第一步，利用整流桥中二极管的单向导通性，使交变电压由负半轴翻转至正半轴，变为单向脉动性直流电压，该类电压是交流电压和直流电压的混合电压。在本设计中，负载设计为5伏和至少100毫安的电流输出设计，所以单向脉动性直流电压经过电容进行初次滤波后采用7805稳压芯片进行稳压，输出端并联一个极性电容进行二次滤波，滤波后的电压即可满足驱动负载的需要。
3 结束语
在本设计中我们研究了一种简易无线输电系统的设计与制作，可驱动小型负载。在实际生活中其应用不仅限于此，被广泛的应用于各类场合，如市面上的短距手机无线充电模组，以及交通运输、医疗器械、便携通信、航空航天、水下探测、智能家居等，前景非常广阔。但现阶段，由于人类普遍生活意识的提高，对于无线电能对人体的伤害提出了质疑。因为该种技术正在处于新型阶段，所以有很多问题需要我们去解决。同时我们科技人员会协同世界上研究无线充电的科学家们一道，设计一种安全，有效的无线充电系统。
参考文献
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作者简介：
衣闯（1994-），女，汉族，籍贯：辽宁大连，学历学位：学士，职称：无，单位：沈阳理工大学，研究方向：通信工程沈阳理工大学“大学生创新训练计划”项目
论文作者:衣闯,吴丽丽,崔海程,王梓丞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：电能论文; 天线论文; 电压论文; 交变论文; 简易论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第8期论文;