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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 太陽(yáng)能無(wú)線多功能充電器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本設(shè)計(jì)適合小型移動(dòng)設(shè)備的充電需求。該設(shè)計(jì)是通過線圈間的同頻共振耦合方式將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并以無(wú)線方式傳輸給電池對(duì)其充電。具有以下特點(diǎn)：采用太陽(yáng)能供電，環(huán)保節(jié)能；采用同頻共振方式的無(wú)線電能傳輸，比一般的電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸方式效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)，傳輸角度更廣；產(chǎn)品體積小，采用無(wú)線供電，方便快捷；提供有線充電與無(wú)線充電兩種選擇方式；且市場(chǎng)上還沒有類似產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)適合小型移動(dòng)設(shè)備的充電需求，包括手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3、MP4、GPS、電子閱讀器等使用鋰電池的設(shè)備。該設(shè)計(jì)是通過線圈間的同頻共振耦合方式將太陽(yáng)能以無(wú)線方式傳輸給電池進(jìn)行充電。其具有以下特點(diǎn)：采用太陽(yáng)能供電，環(huán)保節(jié)能；采用同頻共振方式的無(wú)線電能傳輸，比一般的電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸方式效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)，傳輸角度更廣；產(chǎn)品體積小，技術(shù)簡(jiǎn)單，采用無(wú)線供電，方便快捷；提供有線充電與無(wú)線充電兩種選擇方式；概念新，符合大多數(shù)人的迫切需求，且市場(chǎng)上還沒有類似產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 該設(shè)計(jì)所采用的核心技術(shù)有：(1)將接收到的太陽(yáng)能直流電換為交流電；(2)將電能經(jīng)發(fā)射線圈和接收線圈耦合，實(shí)現(xiàn)電能的中短距離無(wú)線傳輸；(3)耦合方電路采用LC震蕩電路，接收電路與發(fā)射電路震蕩頻率相同，且與電路頻率相匹配，實(shí)現(xiàn)電能的自諧同頻共振式無(wú)線傳輸;(4)輸入級(jí)采用MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的強(qiáng)推挽型功率放大電路，盡可能提高產(chǎn)品功率利用率。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：為小型手持移動(dòng)設(shè)備（如mp3,數(shù)碼相機(jī)等）提供便捷的充電解決方案。 基本思路：將太陽(yáng)能電池板搜集的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)初級(jí)逆變，送入振蕩線圈，將電能發(fā)射出去，再配合接收線圈，將電能接入并經(jīng)整流穩(wěn)壓送入用電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳輸；也可以使用備用電池代替太陽(yáng)能供電；發(fā)射線圈和接收線圈自諧耦合，實(shí)現(xiàn)電能的較短距離無(wú)線傳輸。 創(chuàng)新點(diǎn)：(1)采用太陽(yáng)能供電，環(huán)保節(jié)能；(2)采用同頻共振方式的無(wú)線電能傳輸，比一般的電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸方式效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)；(3)無(wú)線充電，方便快捷；(4)提供有線充電與無(wú)線充電兩種選擇方式。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)將接收到的太陽(yáng)能直流電換為交流電；(2)將電能經(jīng)發(fā)射線圈和接收線圈耦合，實(shí)現(xiàn)電能的短距離無(wú)線傳輸；(3)耦合方電路采用LC震蕩電路，接收電路與發(fā)射電路震蕩頻率相同，且與電路頻率相匹配，實(shí)現(xiàn)電能的自諧同頻共振式無(wú)線傳輸。 主要技術(shù)指標(biāo)：(1)太陽(yáng)能電池板的電能轉(zhuǎn)換效率；(2)耦合線圈的電能耦合效率；(3)電能的傳輸距離。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：通常情況下，電磁輻射具有發(fā)散性，相隔較遠(yuǎn)的接收器只能接收到發(fā)射能量的極小一部分。而當(dāng)接收天線的固有頻率與發(fā)射端的電磁場(chǎng)頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)磁場(chǎng)耦合強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，無(wú)線電力的傳輸效率大幅度提高,具有可行性。從電磁理論而方，人體作為非磁性物體，暴露在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中不會(huì)有任何風(fēng)險(xiǎn)。共振狀態(tài)下磁場(chǎng)強(qiáng)度處于10^(-4)T數(shù)量級(jí)，僅相當(dāng)于地磁場(chǎng)的強(qiáng)度，因此不會(huì)對(duì)人體構(gòu)成危害，具有安全性。 先進(jìn)性：(1)采用無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)電能的短距離傳輸，并與太陽(yáng)能電池相結(jié)合，使整個(gè)設(shè)計(jì)具有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)；(2) 采用無(wú)線同頻共振式電能傳輸，比現(xiàn)在一般的電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸方式效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)；(3) 利用磁場(chǎng)通過近場(chǎng)傳輸，輻射小，具有方向性；(4) 能量傳輸不受空間障礙物影響；(5)采用的是無(wú)線與有線傳輸方式并行，可以同時(shí)為多個(gè)移動(dòng)設(shè)備充電；(6)不需要接線，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地充電需求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月29日，第四屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛股份安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室開發(fā)測(cè)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性總算
作品可展示的形式
- 模型
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：在光照充足的環(huán)境下，將太陽(yáng)能電池板正對(duì)光源，將電能接收端與需要充電的設(shè)備相接觸，并放置在電能發(fā)射板的附近，即可充電。 技術(shù)特點(diǎn)：(1)該設(shè)計(jì)使用太陽(yáng)能電池或普通電池為系統(tǒng)提供電能；（2)為了提高充電效率，本設(shè)計(jì)也提供直接連線的接口；(3)采用專用的鋰電池充電管理芯片，使充電過程更加安全方便。 適應(yīng)范圍：本設(shè)計(jì)適合小型移動(dòng)設(shè)備的充電需求。推廣前景：產(chǎn)品概念新，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且市場(chǎng)上暫無(wú)相似產(chǎn)品，需求量大。 市場(chǎng)分析：截至2006年10月，我國(guó)手機(jī)用戶接近4．5億戶，平均約每3個(gè)人擁有1部手機(jī)；而MP3，MP4，PSP，電子閱讀器，GPS等小型電子設(shè)備也幾乎成為每個(gè)時(shí)尚人士的標(biāo)準(zhǔn)配置。而這一切都對(duì)電池的電量提出了新的要求。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：本設(shè)計(jì)采用的電子元器件均為市場(chǎng)上常用電子器件，單個(gè)成本只要20元左右，如經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成再批量生產(chǎn)的話，其成本還將進(jìn)一步下降；本品為最新設(shè)計(jì)，對(duì)廣大消費(fèi)者具有很大的吸引力，在市場(chǎng)上本類產(chǎn)品一般可以賣到100元左右，更高端的可以賣到300元左右。
同類課題研究水平概述
- 1974年至1997年，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家硅半導(dǎo)體光電池發(fā)電成本降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)：從每瓦50美元降到了5美元。 在歐美一些先進(jìn)國(guó)家，目前正在廣泛開展應(yīng)用“光電玻璃幕墻制品”，這是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換硅片密封在（尤如夾層玻璃）雙層鋼化玻璃中，安全地實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。 由美國(guó)國(guó)家航空和航天局與國(guó)家能源部建造的世界上第一座太陽(yáng)能發(fā)電站，最近將在太空組裝，不久將開始向地面供電。 在我國(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門的話題，經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在集熱器（含太陽(yáng)能熱水器）已成為太陽(yáng)能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。1998年銷售總額達(dá)到了35億元，其產(chǎn)量位居世界榜首。我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已開始運(yùn)作。中國(guó)科學(xué)院宣布啟動(dòng)西部行動(dòng)計(jì)劃，將在兩年內(nèi)投入2.5億元人民幣開展研究，建立若干個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能空調(diào)等示范工程。目前河北保定國(guó)家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)正加快建設(shè)我國(guó)規(guī)模最大的多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)基地，該項(xiàng)目集太陽(yáng)能電池、組件及應(yīng)用系統(tǒng)等為一體，一期工程完成后可達(dá)到年產(chǎn)3兆瓦多晶硅太陽(yáng)能電池的能力，填補(bǔ)了我國(guó)在太陽(yáng)能開發(fā)應(yīng)用方面多項(xiàng)空白，并將大大推動(dòng)太陽(yáng)能電池用低鐵玻璃的生產(chǎn)、銷售市場(chǎng)。但從整體上分析，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起步較晚，尤其是在太陽(yáng)能電池的開發(fā)、生產(chǎn)上還落后于國(guó)際水平，整體上仍處于產(chǎn)量小、應(yīng)用面窄、產(chǎn)品單一、技術(shù)落后的初級(jí)階段。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)表明，國(guó)內(nèi)目前僅建有5個(gè)（單晶硅）太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量約有4.5兆瓦，工廠設(shè)施仍停留在已有引進(jìn)的生產(chǎn)線上。而國(guó)外不少企業(yè)已把眼光瞄準(zhǔn)更為先進(jìn)的薄膜晶體太陽(yáng)能電池的開發(fā)與生產(chǎn)上。 19世紀(jì)90年代，尼古拉—特斯拉提出無(wú)線電力傳輸?shù)臉?gòu)想；香港城市大學(xué)電子工程系徐樹源教授在早幾年曾成功研制出“無(wú)線電池充電平臺(tái)”，需要產(chǎn)品與充電器接觸，它主要利用的是近場(chǎng)電磁耦合的原理；2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Martin Soljacic等人在無(wú)線電能傳輸方面取得了新的進(jìn)展，他們用兩米外的一個(gè)電源“隔空”點(diǎn)亮了一盞60瓦的燈泡。2008年12月17日成立無(wú)線充電聯(lián)盟，2010年8月31日，無(wú)線充電聯(lián)盟在北京正式將Qi無(wú)線充電技術(shù)引入中國(guó)。
