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《磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、博士學位論文磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的研究RESEARCHONMAGNETICRESONANTWIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEM于春來哈爾濱工業(yè)大學2012年12月國內圖書分類號：TM725學校代碼：10213國際圖書分類號：621.3密級：公開工學博士學位論文磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的研究博士研究生：于春來導師：陳清泉教授副導師：朱春波教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：電機與電器所在單位：電氣工程系答辯日期：2012年12月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TM725U.D.C.:621.3Disse
2、rtationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMAGNETICRESONANTWIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEMCandidate：YuChunlaiSupervisor：Prof.C.C.ChanAssociateSupervisor：Prof.ZhuChunboAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ElectricalMachineandApparatusAffiliation：SchoolofElectri
3、calEngineeringDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要無線電能傳輸在嵌入式醫(yī)學、人體內部檢測、射頻識別、移動設備充電等方面具有廣闊的應用前景。磁耦合諧振式無線電能傳輸是一種利用線圈間高頻耦合諧振磁場實現能量無線傳輸的新興技術。由于其原理上展現出的中距離高效能量傳輸的可能性，成為無線電能傳輸領域的研究熱點之一。目前該技術在傳輸距離、效率和功率等方面還不能夠滿足實用化所提出的要求，仍存在一些問題有待于研究。其理論
4、研究主要采用耦合模理論和集中參數電路模型的分析方法，對耦合體的動態(tài)過程、系統(tǒng)內部能量分布規(guī)律的研究還不夠深入。另外由于工作頻率高于電力電子器件的一般使用頻率，磁耦合線圈的耦合系數較小并且處于諧振狀態(tài)，存在著功率器件難以滿足要求、系統(tǒng)損耗較大、效率較低等問題。針對以上問題，本文從機理與模型、諧振線圈組、磁場驅動源、系統(tǒng)設計等方面展開研究，主要的研究內容如下：首先從穩(wěn)態(tài)分析角度，建立集中參數磁耦合電路模型，并采用阻抗歸算方法建立耦合系統(tǒng)的能量傳輸模型和分析方法，研究穩(wěn)態(tài)諧振條件下多耦合能量傳輸系統(tǒng)的內部能量分配規(guī)律及損耗特性。從系統(tǒng)的暫態(tài)過程分析角度，提出將無
5、線電能傳輸與時域振動理論相結合的方法來分析雙自由度非保守系統(tǒng)的共振過程。建立廣義振動理論為基礎的耦合振動能量傳輸模型，研究動態(tài)條件下的能量傳遞規(guī)律；并進一步提出基于高品質因數弱耦合系統(tǒng)的高效率分頻激勵能量傳輸方式。從穩(wěn)態(tài)與動態(tài)模型角度，建立了系統(tǒng)輸出指標距離、功率、效率等與發(fā)送與接收電路參數間的關系。為磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的分析與設計奠定了理論基礎。為了設計和優(yōu)化磁耦合諧振線圈組并建立系統(tǒng)設計方法，在采用阻抗歸算方法建立內部損耗及能量傳遞模型的基礎上，研究了高頻條件下磁耦合輸能線圈的模型。著重分析線圈的電學參數、頻率特性、參數計算和損耗特性與能量傳輸的關
6、聯(lián)與約束，建立起線圈結構與電學參數之間的數學聯(lián)系。以此提出了基于能量分布優(yōu)化的多線圈系統(tǒng)設計方法，并給出優(yōu)化指標、約束條件和設計過程。通過設計實驗平臺及無尾顯示器無線供電裝置的磁耦合線圈組，驗證了該方法的可行性。根據對驅動源的技術需求，本文首先研究單管諧振驅動源的工作特性并分析其自由振蕩階段的規(guī)律，結合分頻激勵能量傳遞方式對驅動源的要求，實現單管驅動下的分頻激勵能量傳輸工作方式。實驗證明該驅動源可以實現分頻激勵能量傳輸方式，激勵頻率僅為諧振頻率的一半或者更低，能夠降低驅動源的-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文損耗和提高系統(tǒng)的總傳輸效率。電能與信息的雙向傳
7、輸是磁耦合諧振式無線電能傳輸的一個重要發(fā)展方向。針對這個研究問題，本文提出一種可實現電能-信息雙向傳送的緊湊型電路結構，該結構中唯一的接收側諧振線圈同時承擔電能和信息的雙向傳送。還給出了不同工作模式下的控制方法和編碼方式，并對運行過程、損耗等內容進行了分析。仿真和實驗證明，該電路既可以作為接收電路接收能量和信息，還可以利用耦合諧振磁場發(fā)送信息；通過分時復用方法和控制諧振頻率的偏移，還能夠避免雙向傳輸過程中線圈間的干擾。最后，為了驗證磁耦合線圈組的設計結果，建立了一個實驗平臺，分析了線圈距離等參數對系統(tǒng)指標的影響；并在實驗平臺研究的基礎上，出于實現向普通用電
8、設備提供電能的目的，設計和試制了基于平面線圈組的供電裝置。該裝置包
