无线电能传输技术(wireless power transfer, WPT)是19世纪末特斯拉提出的,当时受电力电子器件速度和功率容量的限制没有很好的实现。直到2000年左右,新西兰奥克兰大学的John Boys 教授的课题组首次实现了近距离高效率的能量传输,该技术被取名为感应耦合电能传输 (inductive coupled power transfer, ICPT)。随后该技术在世界各地研究者的推动下得到了日新月异的发展。07年MIT提出了近场磁共振(Magnetic resonance)理论和所谓中距离无线电能传输技术,引领了又一波WPT技术的研究热潮。
对于无线电能传输技术来说,目前的该技术的名称,分类仍十分混乱。在国内外,先后有过 松耦合变压器(Loosely coupled transformer, LCT), 非接触电能传输(contactless power transfer, CPT), 感应电能传输(inductive power transfer), 磁共振技术,能量近场耦合传输技术等等称呼。不仅名称混乱,该技术的分类也很模糊。例如:MIT始终坚持磁共振技术不同于以往的无线电能传输技术,所应用的耦合模理论与互感模型有本质上的区别,是无线供电技术中具有划时代意义的发明。目前,国内外只在1点上达成一致,无线电能传输系统应工作在近场模式下,而工作在远场模式下的RF微波等高频模式应称之为能量收集系统。
感应耦合电能传输系统的工作频率一般为10k~200k左右,而磁共振系统的工作频率一般为1M~20M. 但是很多学者指出,磁共振技术其实就是感应耦合电能传输技术的一种高频化表现,而耦合模理论完全可以通过电路理论推导出来。
感应耦合电能传输技术中,无源网络分为原边(primary side)和副边(secondary side)。为了最大限度的降低无源网络中的阻抗,原边与副边的固有频率应该一致即:L1C1=L2C2。在工作的过程中,令输入电压V1的频率等于无源网络的谐振频率 w=1/sqrt(L1C1)=1/sqrt(L2C2),达到耦合谐振的效果,最后通过互感传输能量。 在国内外,该技术的建模与求解一般基于互感模型和集总电路分析。
在磁共振技术中,单匝线圈A,B通过电容调谐后固有频率达到一致,为fr。由于是高频传输(1~20M),多匝螺线圈S和D分别与自身的杂散电容谐振,其中心频率等于线圈AB的固有频率fr,最后A线圈通入频率为fr的正弦波,系统产生共振,向负载传输能量。该类系统的分析国外较常使用耦合模理论,而国内则集总电路分析与耦合模分析兼有之,并且有人已证明在一定条件下集总电路分析法与耦合模分析法所得到的结果是一致的。
请各位高手比较下,感应耦合电能传输和磁共振无线电能传输在原理上的异同,以及为什么会有两种不同的名称。欢迎各抒己见