磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的特性研究

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1、分類號：UDC：學(xué)校代號：廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(工程碩士專業(yè)學(xué)位)磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的特性研究陳逸鵬指導(dǎo)教師姓名、職稱：蔓二笙量』塾援企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱：丞一ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonCharacteristicsofMagneticResonanceCouplingWirelessPowerTransferSystemsMaster．Candidate：ChenYipengSupervisor：Associa

2、tePrOf．NieYixiong30thMay2014SchooIofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P．R．China，510006摘要美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家于2007年提出磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)(wirelesspowertransmission，WPT)，該技術(shù)克服了電磁感應(yīng)式和微波式無線電能傳輸?shù)墓逃腥秉c，成為研究熱點。磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)能夠在米級范圍內(nèi)實現(xiàn)能量的高效率傳輸，且不受周圍非導(dǎo)磁材料的影響。經(jīng)過多年的研究，磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)得到了長足發(fā)展，其理論分析和實驗研

3、究方法都在不斷完善，但該技術(shù)離實際應(yīng)用還有差距。本文針對系統(tǒng)中的耦合線圈和高頻電源進行詳細分析，具體研究內(nèi)容如下：(1)詳細介紹了諧振式無線電能傳輸?shù)墓ぷ髟?、基本結(jié)構(gòu)及等效電路。通過近場理論將線圈磁場分為近區(qū)場和遠區(qū)場，并指出系統(tǒng)的傳輸范圍在近區(qū)場；利用耦合模理論分析得出系統(tǒng)高效工作的條件是兩個耦合線圈具有相同的本征頻率，且當(dāng)兩個耦合線圈具有較大的耦合系數(shù)時，將導(dǎo)致系統(tǒng)的操作頻率與線圈本征頻率出現(xiàn)差別；建立兩線圈結(jié)構(gòu)和四線圈結(jié)構(gòu)耦合模型的等效電路，推導(dǎo)出系統(tǒng)參數(shù)與傳輸功率、傳輸效率的關(guān)系表達式。(2)諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)耦合線圈的優(yōu)化設(shè)計。以系統(tǒng)等效電路模型為依據(jù)設(shè)計并制作了一個無線電

4、能傳輸裝置，通過實驗驗證所推導(dǎo)公式的準(zhǔn)確性；研究指出四線圈結(jié)構(gòu)的線圈互感對系統(tǒng)傳輸性能有重要影響，通過調(diào)節(jié)電源線圈與發(fā)射線圈，負載線圈與接收線圈之間的互感，能使系統(tǒng)的負載適應(yīng)能力和傳輸距離得到明顯優(yōu)化；文中指出當(dāng)傳輸距離較近時存在頻率分裂現(xiàn)象，此時采用頻率跟蹤技術(shù)能使系統(tǒng)傳輸性能得到優(yōu)化；最后通過增加中繼線圈有效提高系統(tǒng)的傳輸距離。(3)高頻電源的設(shè)計與分析。首先闡述了E類放大電路的工作原理、參數(shù)設(shè)計步驟，并介紹了開關(guān)管的選取要求、驅(qū)動電路的設(shè)計以及元件選型，接著利用CaptureCIS對所設(shè)計電路進行仿真分析，最后通過實驗對其進行驗證，實驗中通過增加一個磁環(huán)變壓器，有效地解決了電源模塊與

5、無線電能傳輸模塊之間參數(shù)匹配困難的問題，實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計E類放大電路能夠輸出17．69W的功率，且傳輸效率達到88．45％。關(guān)鍵詞：磁諧振耦合；無線電能傳輸；耦合線圈；高頻電源廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractIn2007，magneticresonancecouplingwirelesspowertransfertechnologywasputforwardbytheMassachusettsinstituteoftechnology'sscientist，thetechnologyovercometheinherentshortcomingsofthemicrowavee

6、nergytransferandinductivelycoupledpowertransfertechnology,andhasbecomearesearchfocus．Magnetically-coupledresonantwirelesspowertransfertechnologycanefficientlydeliverenergyinmeterslevelandisnotaffectedbynon-magneticmaterialsaround．Afteryearsofresearch,magnetically-coupledresonantwirelesspowertransf

7、ertechnologyhasmadeconsiderableprogress，thetheoreticalanalysisandexperimentalresearchmethodsarecontinuallyimproving，buttherearestillgapsfrompracticalapplication．Thispapermadeadetailedanalysisofthecouplingcoilandh