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磁耦合共振式无线能量传输特性的分析与研究

发布时间:2018-06-04 01:25

  本文选题:磁耦合共振 + 无线能量传输 ; 参考:《南京师范大学》2017年硕士论文


【摘要】:无线能量传输中的磁耦合共振技术因其具有辐射功率小,传输距离远和效率高等优点,在电动汽车、便携式移动设备、医疗器械、水下潜艇等领域有着巨大应用前景。然而,目前最大的问题是,两个相同谐振频率的线圈通过近场耦合传递能量时存在一个临界耦合系数,当线圈间的耦合系数小于临界耦合系数时,系统处于“欠耦合区”,没有发生频率分裂现象,负载功率增大但传输效率很低;当线圈间的耦合系数大于临界耦合系数时,系统处于“过耦合区”,传输效率很高但负载功率很小,还伴随有频率分裂现象。为了解决上述问题,本文以传统的两线圈磁耦合共振系统为例,提出了辅助线圈加载技术,即在发射线圈与接收线圈之间增加一个辅助线圈,辅助线圈的自谐振频率与其他线圈的自谐振频率不一样。首先,本文介绍了无线能量传输的研究背景以及国内外的研究现状。其次,本文分别应用耦合模理论,集中参数的等效电路法以及散射参量分析法对无线传输系统进行建模分析,推导出各个模型下系统的负载功率和传输效率的表达式。通过对上述方法的分析了解,为本文后续的深入研究打下了理论基础。再次,本文主要研究了辅助线圈加载技术对于系统电压增益的影响。通过对加载辅助线圈系统等效电路的分析,推导出系统的电压增益的表达式以及如何设置辅助线圈与收发线圈之间的互感才能有效地提高系统电压增益。仿真分析与实测结果表明,辅助线圈能够有效改善频率分裂现象并且在“过耦合区”通过电压增益极大值追踪法可以使电压增益稳定在0.45左右。最后,本文还研究了辅助线圈加载技术对系统传输效率的影响。与电压增益分析方法类似,理论推导出辅助线圈与收发线圈之间的最优互感MA_opt,仿真结果表明,加入辅助线圈后,整个系统传输效率能够达到80%以上。和传统的两线圈磁耦合共振系统相比,当收发线圈之间的传输距离为10cm和15cm时(即收发线圈相距比较远的时候),传输效率能够提高30%左右。
[Abstract]:Because of its advantages of small radiation power, long transmission distance and high efficiency in wireless energy transmission, there are great potential applications in the fields of electric vehicles, portable mobile devices, medical devices, underwater submarines and so on. However, the biggest problem is that two coils with the same resonant frequency are passing through the near field coupling energy. There is a critical coupling coefficient. When the coupling coefficient is less than the critical coupling coefficient, the system is in the "under coupling zone", and there is no frequency division. The load power increases but the transmission efficiency is very low. When the coupling coefficient is larger than the critical coupling coefficient, the system is in the "over coupling zone" and the transmission efficiency is very high. In order to solve the above problems, in order to solve the above problems, this paper, taking the traditional two coil magnetic coupling resonance system as an example, proposes an auxiliary coil loading technique, that is, an auxiliary coil is added between the transmitting coil and the receiving coil, and the self resonant frequency of the auxiliary coil is not the frequency of the self resonant frequency of the other coils. First, this paper introduces the research background of wireless energy transmission and the status of research at home and abroad. Secondly, this paper uses the coupled mode theory, the equivalent circuit method of centralized parameters and the scattering parameter analysis method to model and analyze the wireless transmission system, and deduces the table of the load power and transmission efficiency of the system. Through the analysis of the above methods, we have laid a theoretical foundation for the further research in this paper. Thirdly, this paper mainly studies the influence of the auxiliary coil loading technology on the voltage gain of the system. Through the analysis of the equivalent circuit of the loading auxiliary coil system, the expression of the voltage gain of the system and how to set up the voltage gain are derived. The mutual inductance between the auxiliary coil and the receiving coil can effectively improve the voltage gain of the system. The simulation analysis and the measured results show that the auxiliary coil can effectively improve the frequency division and the voltage gain can be stabilized at about 0.45 in the "over coupling zone" by the voltage gain tracking method. The effect of coil loading technology on the transmission efficiency of the system is similar to the voltage gain analysis method. The theory derives the optimal mutual inductance MA_opt between the auxiliary coil and the receiving and receiving coil. The simulation results show that the transmission efficiency of the whole system can reach more than 80% after joining the auxiliary coil. Compared with the two coil magnetic coupling resonance system, the transmission efficiency can be compared with that of the transmission line. The transmission efficiency can be increased by about 30% when the transmission distance between the coils is 10cm and 15cm.
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM724

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本文编号:1975189

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