基于磁耦合共振技术的无线充电装置设计
基于磁耦合共振技术的无线充电装置设计[20200211153022]
摘 要
当今社会，普遍利用的无线鼠标都用电池来供应能源，替换电池不光是给用户的使用带来不方便，还会很大程度上增加消费者的使用本钱，另一方面废旧电池还会破坏自然生态环境。本文提出了基于电磁共振耦合原理的无线充电技术用以解决无线鼠标使用时需要电池供应电能的问题，本文最初对无线充电技术的界说、意义、研究重心、研究近况进行了介绍，继而从系统到硬件具体地介绍了如何实现对鼠标无线供电的要领，通过对脉冲发生器模块、充电检测模块、感应线圈模块、智能断电模、功率放大及无线发射模块等电路模块的研究与分析以及发射、接收线圈的设计，最后终于完成了无线充电鼠标，实现了为用户使用带来便利、替消费者节约使用成本，同时还很大程度上避免了废旧电池破坏自然生态环境的终极目的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:无线鼠标无线充电电源线圈设计
目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.2 无线充电技术简介 3
1.3 无线输电技术的应用领域 4
1.3.1在日常生活中的应用 4
1.3.2医学上的应用 4
1.3.3为难以架设输电线路的偏远地方输送电能 4
1.3.4空间太阳能发电的应用 5
1.4 课题来源及论文组织结构 5
1.5 本章小结 6
2 系统方案设计 7
2.1 系统概述 7
2.1.1目前负载（鼠标）充电模式情况 7
2.1.2可行性和安全性研究 7
2.1.3无线充电鼠标简介及优点 8
2.1.4系统模块及主要器件 8
2.2 无线供电方案设计 8
2.3 无线鼠标结构设计 10
2.3.1 无线鼠标结构框图 10
2.3.2 无线鼠标工作原理 12
2.4 线圈的设计 13
2.4.1 感应线圈传输电能基本原则与效率 13
2.4.2基本参数 14
2.4.3 Qi标准系统 17
2.4.4Rx线圈的电气需求与屏蔽材料 20
2.4.4Rx线圈的线材规范与匝数选择 20
2.4.4Rx线圈的调谐与负载线性分析 21
2.4 本章小结 23
3 硬件电路设计 24
3.1 硬件电路原理图 24
3.2 各子电路模块设计及分析 25
3.2.1 NE555D脉冲发生器模块 25
3.2.2功率放大及无线发射模块 25
3.2.3感应线圈模块 26
3.2.4充电检测模块 26
3.2.5智能断电模块 27
3.3 主要技术指标 28
3.4 本章小结 29
4 系统调试 30
4.1 调试过程、结果及问题 30
4.2 本章小结 32
5 总结与展望 33
5.1 总结 33
5.2展望 33
参考文献 34
附 录 35
附录1：元件清单 35
附录2：装置实物图 35
附录3：装置硬件电路图 36
致谢 37
1 引言
当今社会，普遍利用的无线鼠标都用电池来供应能源，替换电池不光是给用户的使用带来不方便，还会很大程度上增加消费者的使用本钱，另一方面废旧电池还会破坏自然生态环境，可谓“百害而无一利”。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标
1.1 课题的研究现状及研究意义
早在1890年，尼古拉·特拉斯就构想了无线供电的方法，直到20世纪20年代，日本的H.Yagi和S.Uda才从理论上彻底证实了该计划的UDA完全不同于有线电源的专用供电模式。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
但接下来的几十年，进步不大，直到19世纪60年代，随着航天技术的发展，美国工程师格拉泽提出太阳能卫星发射的微波功率传输技术，他的思想是建立在地球外层的太阳能发电卫星基地将以微波的形式把电能传输回地球，通过整流天线再供应我们使用。因为能源危机的困扰，是以美国、日本和欧洲投入巨资在此方面并取得了很多成果，比如欧盟在Africa的留尼汪岛建立了一座100000千瓦的实验微波传输装置并已于2003年向当地村庄送电，由于该方法会对环境产生很大的电磁污染，所以目前在工业领域还没有实用化，至于民用领域，2007年8月美国Powercast公司于推出了一种无线充电适用于中短距离的装置。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
与此同时，对于电磁感应原理的运用不管是在民用还是在工业领域都取得了丰硕的成果。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
新西兰的奇思公司建成了两个IPT(Inductive?Power?Transfer)项目：一个是公园的旅客电动运输车，另一个是在公路地道交通中使用的猫眼系统。
试运行的第一辆无线充电电力汽车于2010年3月在韩国的首尔大公园向世人露面，同年12月，利用其最新研发的感应电能传输技术的英国HaloIPT公司成功地为电动汽车进行无线充电。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
第二年11月高通公司发表了将在英国伦敦举行第一次电动汽车无线充电的试用。
为了解决电磁感应传输功率短距离的问题，2007年6月麻省理工学院的研究团队在物理教授马林（Marin?Sol?Jacic）的带领下终于在无线传输距离上有所突破，他们利用核磁共振技术点亮了2m远的一个60W的灯泡，它被命名为WiTricity，纵然是在电能传输回路间摆上障碍物（例如金属、木块等），它的发光亮度仍和原来一样不受影响。
以这个作为开端，为了实现“应用无线电力”许多制造商和研究机构都开始了积极的研就。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
纵观国内，经过科学家不懈的努力，我们在无线电能传输、无线充电等方面也取得了相当大的一些研究成果。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常
中国科学院的吴英的博士于2004年在他的论文中发表了选用基波频式阐发和互感模型阐发相结合的方法建立了一种新的非接触的供电系统模型。这种模型对变频控制下体系的稳定性进行了分析与比较并提出了种种初、次级补充拓扑下的巩固边界条件，使用了有限元的分析方法。通过结合积分计算和实验的方式不仅对罐状铁芯变电器、空心线圈的祸合随运转频率、气隙以及水平位移的转变进行了研究，同时还建立了长方形线圈是巩固祸合的相对有效的构造，继而在此基础上对线圈尺寸对稳定性的影响情况进行了进一步的研究和分析还对高功率无线电传输进行了分析和计算。
从2001年开始，重庆大学自动化学院便开始研究无线电能输送技术并和在该项技术处于世界领先水平的新西兰奥克兰大学进行学术交流合作，取得了多项成果，在进步显著的高频率谐振软开关变换器和电力传输稳定性等方面前后发起了一个从小功率到大功率电子技术解决方案并取得较大的成功。
总的来说，我们国家的无线充电技术与国外发达国家的先进水平仍旧存在很大的距离。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
人们追随的办公环境和易于操作的需求不断增加，“移动”的要求日趋增大，促进了笔记本电脑以及各种移动设备的使用大大增加，广大消费者对于无线自由的追求是有线鼠标不可能满足的了，然而现今市场上的无线鼠标基本上是选用可替换的电池来提供工作电源的。假设采用这种设计的无线充电鼠标，不但可以免去传统鼠标“有线”的费事儿同时还可以免除了通俗无线鼠标电池替换的挥霍，更重要的是能够在让使用本钱下降的同时还完成了保护环境的目标，所以对无线充电鼠标的研发是很有必要的。
1.2 无线充电技术简介
运送如今有两种相对可靠的输电形式：一种是传统的高压直流输电；另一种是交流输电。在大部分使用电能的场所，电能的主要传输方式是直接接触金属导线进行传导，而现在渐渐获得使用的另一种方式——无线电能传输，正在大放异彩。
摘 要
当今社会，普遍利用的无线鼠标都用电池来供应能源，替换电池不光是给用户的使用带来不方便，还会很大程度上增加消费者的使用本钱，另一方面废旧电池还会破坏自然生态环境。本文提出了基于电磁共振耦合原理的无线充电技术用以解决无线鼠标使用时需要电池供应电能的问题，本文最初对无线充电技术的界说、意义、研究重心、研究近况进行了介绍，继而从系统到硬件具体地介绍了如何实现对鼠标无线供电的要领，通过对脉冲发生器模块、充电检测模块、感应线圈模块、智能断电模、功率放大及无线发射模块等电路模块的研究与分析以及发射、接收线圈的设计，最后终于完成了无线充电鼠标，实现了为用户使用带来便利、替消费者节约使用成本，同时还很大程度上避免了废旧电池破坏自然生态环境的终极目的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:无线鼠标无线充电电源线圈设计
目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.2 无线充电技术简介 3
1.3 无线输电技术的应用领域 4
1.3.1在日常生活中的应用 4
1.3.2医学上的应用 4
1.3.3为难以架设输电线路的偏远地方输送电能 4
1.3.4空间太阳能发电的应用 5
1.4 课题来源及论文组织结构 5
1.5 本章小结 6
2 系统方案设计 7
2.1 系统概述 7
2.1.1目前负载（鼠标）充电模式情况 7
2.1.2可行性和安全性研究 7
2.1.3无线充电鼠标简介及优点 8
2.1.4系统模块及主要器件 8
2.2 无线供电方案设计 8
2.3 无线鼠标结构设计 10
2.3.1 无线鼠标结构框图 10
2.3.2 无线鼠标工作原理 12
2.4 线圈的设计 13
2.4.1 感应线圈传输电能基本原则与效率 13
2.4.2基本参数 14
2.4.3 Qi标准系统 17
2.4.4Rx线圈的电气需求与屏蔽材料 20
2.4.4Rx线圈的线材规范与匝数选择 20
2.4.4Rx线圈的调谐与负载线性分析 21
2.4 本章小结 23
3 硬件电路设计 24
3.1 硬件电路原理图 24
3.2 各子电路模块设计及分析 25
3.2.1 NE555D脉冲发生器模块 25
3.2.2功率放大及无线发射模块 25
3.2.3感应线圈模块 26
3.2.4充电检测模块 26
3.2.5智能断电模块 27
3.3 主要技术指标 28
3.4 本章小结 29
4 系统调试 30
4.1 调试过程、结果及问题 30
4.2 本章小结 32
5 总结与展望 33
5.1 总结 33
5.2展望 33
参考文献 34
附 录 35
附录1：元件清单 35
附录2：装置实物图 35
附录3：装置硬件电路图 36
致谢 37
1 引言
当今社会，普遍利用的无线鼠标都用电池来供应能源，替换电池不光是给用户的使用带来不方便，还会很大程度上增加消费者的使用本钱，另一方面废旧电池还会破坏自然生态环境，可谓“百害而无一利”。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标
1.1 课题的研究现状及研究意义
早在1890年，尼古拉·特拉斯就构想了无线供电的方法，直到20世纪20年代，日本的H.Yagi和S.Uda才从理论上彻底证实了该计划的UDA完全不同于有线电源的专用供电模式。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
但接下来的几十年，进步不大，直到19世纪60年代，随着航天技术的发展，美国工程师格拉泽提出太阳能卫星发射的微波功率传输技术，他的思想是建立在地球外层的太阳能发电卫星基地将以微波的形式把电能传输回地球，通过整流天线再供应我们使用。因为能源危机的困扰，是以美国、日本和欧洲投入巨资在此方面并取得了很多成果，比如欧盟在Africa的留尼汪岛建立了一座100000千瓦的实验微波传输装置并已于2003年向当地村庄送电，由于该方法会对环境产生很大的电磁污染，所以目前在工业领域还没有实用化，至于民用领域，2007年8月美国Powercast公司于推出了一种无线充电适用于中短距离的装置。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
与此同时，对于电磁感应原理的运用不管是在民用还是在工业领域都取得了丰硕的成果。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
新西兰的奇思公司建成了两个IPT(Inductive?Power?Transfer)项目：一个是公园的旅客电动运输车，另一个是在公路地道交通中使用的猫眼系统。
试运行的第一辆无线充电电力汽车于2010年3月在韩国的首尔大公园向世人露面，同年12月，利用其最新研发的感应电能传输技术的英国HaloIPT公司成功地为电动汽车进行无线充电。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
第二年11月高通公司发表了将在英国伦敦举行第一次电动汽车无线充电的试用。
为了解决电磁感应传输功率短距离的问题，2007年6月麻省理工学院的研究团队在物理教授马林（Marin?Sol?Jacic）的带领下终于在无线传输距离上有所突破，他们利用核磁共振技术点亮了2m远的一个60W的灯泡，它被命名为WiTricity，纵然是在电能传输回路间摆上障碍物（例如金属、木块等），它的发光亮度仍和原来一样不受影响。
以这个作为开端，为了实现“应用无线电力”许多制造商和研究机构都开始了积极的研就。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
纵观国内，经过科学家不懈的努力，我们在无线电能传输、无线充电等方面也取得了相当大的一些研究成果。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常
中国科学院的吴英的博士于2004年在他的论文中发表了选用基波频式阐发和互感模型阐发相结合的方法建立了一种新的非接触的供电系统模型。这种模型对变频控制下体系的稳定性进行了分析与比较并提出了种种初、次级补充拓扑下的巩固边界条件，使用了有限元的分析方法。通过结合积分计算和实验的方式不仅对罐状铁芯变电器、空心线圈的祸合随运转频率、气隙以及水平位移的转变进行了研究，同时还建立了长方形线圈是巩固祸合的相对有效的构造，继而在此基础上对线圈尺寸对稳定性的影响情况进行了进一步的研究和分析还对高功率无线电传输进行了分析和计算。
从2001年开始，重庆大学自动化学院便开始研究无线电能输送技术并和在该项技术处于世界领先水平的新西兰奥克兰大学进行学术交流合作，取得了多项成果，在进步显著的高频率谐振软开关变换器和电力传输稳定性等方面前后发起了一个从小功率到大功率电子技术解决方案并取得较大的成功。
总的来说，我们国家的无线充电技术与国外发达国家的先进水平仍旧存在很大的距离。本章主要介绍了设计产品所需达到的预期要求，即鼠标需要正常无线
人们追随的办公环境和易于操作的需求不断增加，“移动”的要求日趋增大，促进了笔记本电脑以及各种移动设备的使用大大增加，广大消费者对于无线自由的追求是有线鼠标不可能满足的了，然而现今市场上的无线鼠标基本上是选用可替换的电池来提供工作电源的。假设采用这种设计的无线充电鼠标，不但可以免去传统鼠标“有线”的费事儿同时还可以免除了通俗无线鼠标电池替换的挥霍，更重要的是能够在让使用本钱下降的同时还完成了保护环境的目标，所以对无线充电鼠标的研发是很有必要的。
1.2 无线充电技术简介
运送如今有两种相对可靠的输电形式：一种是传统的高压直流输电；另一种是交流输电。在大部分使用电能的场所，电能的主要传输方式是直接接触金属导线进行传导，而现在渐渐获得使用的另一种方式——无线电能传输，正在大放异彩。
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