1. 研究目的与意义
无线电波对信息的传输开创了人类通信的新纪元.而一切无线电技术都基于能源供给,因此电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,也将会孕育出众多只出现在科幻小说中的新事物新应用,其给大众带来的意义与影响也非同凡响.无线电能传输具有通用性,便携性,美观性,安全性等一系列特性,它没有了电线可以使设备提及进一步缩小,可以不再受到插座和电线的束缚为人们的日常生活提供了极大的方便。
2. 国内外研究现状分析
最早产生无线输能设想的是尼古拉 特斯拉 (nikolatesla),因而有人称之为无线电能传输之父。 1890年 ,特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体 ,把地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式 ,在地球与电离层之间建立起大约 8hz的低频共振 ,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足,特斯拉的大胆构想没能实现 。
其后,古博(goubau)、施瓦固(sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近 100%的传输效率,并随后在反射波束导波系统上得到了验证。 20世纪 20年代中期,日本的 h.yagi和 s.uda发明了可用于无线电能传输的定向天线 ,又称为八木 -宇田天线。 20世纪 60年代初期雷声公司 (raytheon)的布朗(w.c.brown)做了大量的无线电能传输研究工作,从而奠定了无线电能传输的实验基础, 使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线 ,将频率 2.45ghz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用gaas-pt肖特基势垒二极管, 用铝条构造半波电偶极子和传输线 ,输入微波的功率为 8w,获得了 90.6%的微波 直流电整流效率。后来改用印刷薄膜 ,在频率 2.45ghz时效率达到了 85%。
自从 brown实验获得成功以后 ,人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。 1975年,在美国宇航局的支持下,开始了无线电能传输地面实验的 5a计划。喷气发动机实验室和 lewis科研中心曾将 30kw的微波无线输送 1.6km,微波 直流的转换效率达 83%。 1991年,华盛顿 arco电力技术公司使用频率 35ghz的毫米波,整流天线的转换效率为 72%。 1998年,5.8ghz印刷电偶极子整流天线阵转换效率为 82%。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
设计磁耦合谐振式无线电能传输的实验系统,具体包括功率放大电路、阻抗匹配电路、发射与接收系统等,实现了能量的有效大功率无线传输。最后制作一个pcb板进行实验研究。
研究进度及时间安排:
4. 研究创新点
1、无线供电节省了大量的线材,无论是橡胶、塑料抑或铜、锡等金属的消耗都将因此而大幅度减少,节约资源、减少污染,低碳环保。
2、无线电能传输突破了传统意义上的电力传输解放了空间为人们带来了便捷。
3、本系统原理简单易懂,性能可靠,价格低廉,应用范围广,可扩展性强。
