非辐射式无线电磁能量传输结构研究

发布时间：2021-01-09 03:02

　　随着科学技术的迅猛发展,无线通信技术已被诸多平台广泛应用,如无线传感网络、无线医疗机器人、强辐射环境工作机器人等,上述应用特殊的工作环境限制了有线电能传输方式的使用,这就需要发展无线电能传输技术为上述应用提供能量供给。在各种无线电能传输技术当中,通过交变磁场进行能量传输的电磁感应电能传输（inductive power transfer,IPT）技术,具有功率容量大、受电介质影响小、传输过程安全可靠、环境适应力强以及接入方式灵活等优点,近年来引起了国内外学术界的广泛关注。其应用包括:移动电子设备的无感充电、医用植入式设备的能量供应、电动汽车的静态与动态充电以及各种特殊复杂场合的非接触式供电等。基于传统方法设计的IPT系统的有效传输距离非常近,很难在实际应用中使用,因此,目前关于IPT技术研究的重点是提高其传输性能,即在一定传输距离下提高无线能量传输效率或在保证一定传输效率的前提下提高其传输距离。现有的提高IPT传输性能的方法主要有三种:（1）提高传输系统的工作频率;（2）提高发射端线圈和接收端线圈之间的互感;（3）降低线圈及其外围补偿电路中的损耗。但上述三种提高IPT系统效率的方法各有... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＩＰＴ系统的基本结构形式??

Ｓｔｒｏｎｇｌｙ?Ｃｏｕｐｌｅｄ?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ》一文中首次提出磁谐振顆合能量传输??（ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｐｏｗｅｒ?ｔｒａｎｓｆｅｒ）技术，并率先实现了传输距离超过线圈??直径的无线能量传输［６］。该系统有四个线圈，完成能量无线传输的主体是图１．２??中位于中间的两个线圈，分别称为发射（Ｓｅｎｄｉｎｇ）线圈和接收（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ）线圈；与??交流电源直接相连的第一个线圈称为驱动（Ｐｏｗｅｒ）线圈，其作用是将源提供的能??量耦合至发射线圈；与负载直接相连的最后一个线圈称为负载（Ｌｏａｄ）线圈，其作??用则是通过耦合从接收线圈获取电磁能量，并提供给负载。改变驱动线圈与发射??线圈以及负载线圈和接收线圈之间的距离，可以改变系统的匹配。此外，驱动线??圈和负载线圈还同时分别扮演了发射端和负载端的补偿电路功能，改善匹配降低??反射。该设计虽然没有传统的补偿电路及其损耗，但新加入的驱动线圈和负载线??圈在工作时将有大量电流通过

线径为６ｍｍ的两个相同的铜质粗线圈，在线圈的谐振频率１０．６ＭＨｚ，以４０％左??右的传输效率，成功将距离大约２米处的６０Ｗ灯泡点亮［６］。该实验使用的装置??如图１．３所示。该成果刊登在２００７年《Ｓｃｉｅｎｃｅ》杂志上。??图１．３麻省理工学院的磁耦合谐振无线电能传输实验??国内ＩＰＴ技术起步稍晚，重庆大学、南京航空航天大学、华南理工大学等在??ＩＰＴ系统的电源技术、补偿电路等方面进行了较为深入的研宄［３４－３６］。２０１３年，??５??


本文编号：2965845