电场与磁场混合耦合型无线电能传输技术研究
发布时间：2022-02-13 22:45
无线电能传输技术是一种以各种物理场（如磁场、电场、机械波等）为媒介进行非接触式能量传输的技术,在为电动汽车、消费类电子产品、工业现场设备、水下设备以及植入式医疗设备等提供电能方面具有独特的优势,因而显示出广阔的应用前景和巨大的商业价值。由于其能量传输无需直接接触,因此具有安全可靠、整洁美观、方便易用的优点。磁场耦合无线电能传输的优点是易于实现大功率和长距离无线能量传输,但其磁场呈发散特性,易在周围金属及其它低阻体中产生涡流,一方面会加热这些物体,另一方面也会降低系统效率。电场耦合无线电能传输的优点是电场主要集中于发射和接收极板之间,对周围影响较小,几乎不会在周围金属物体中产生涡流,另外金属电容极板也较磁场耦合更易于实现低成本及相对更好的柔韧性;缺点是功率密度较低,受耦合电容变化影响较大,在大功率传输时极板上电压应力高。电场耦合与磁场耦合混合型无线电能传输技术能够有效利用电场耦合与磁场耦合系统各自的优势,在提升系统效率、增加系统功率密度、减少电场/磁场辐射等方面具有独特的优势。但目前对于混合耦合型无线电能传输技术的研究尚不充分,特别是在混合耦合机构的建模及优化设计、电压应力的建模及控制、...
【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
沃登克里夫塔
吉林大学博士学位论文21.2无线电能传输技术的起源和分类无线电能传输的研究其实由来已久。早在19世纪末，著名科学家尼古拉特斯拉(NicolaTesla)就进行过大量关于无线电能传输的研究并且建立了很多基本的共识[3]，例如谐振能够克服接收和发射线圈之间耦合弱的问题，增加无线电能传输的能力。他的初衷是摆脱传统的电网，建立大功率的无线电能发射中心并且将低频电磁波覆盖至整个地球表面，以类似无线通信的形式无线传递电能。为了实现这个目标，他耗巨资建造了著名的沃登克里夫塔(WardenclyffeTower，图1.1)[4]。但是限于当时的技术水平和知识水平，该计划最终未能成功。沃登克里夫塔也最终因为特斯拉的破产而被拆除，人类历史上首次无线电能传输应用的尝试因此告一段落，无线电能传输的研究和应用也渐渐淡出人们的视野。图1.1沃登克里夫塔图1.2奥克兰大学导轨动态无线电能传输系统自20世纪90年代开始，新西兰奥克兰大学的JohnT.Boys和GrantA.Covic等人重新开始了对无线电能传输技术的研究(他们称为感应电能传输inductivepowertransfer)，获得了一系列研究成果[5]。例如为了解决发射线圈和接收线圈在不对齐条件下充电难的问题，他们提出了多个发射线圈重叠的DD型线圈和
第1章绪论3DDQP型线圈，使其在用于电动汽车无线充电时，具有更强的抗偏移能力。他们还研究了导轨无线电能传输技术，如图1.2所示，并且成功应用于仓储物流设备公司Daifuku的超净实验室[6]。图1.3MIT的研究团队和远距离无线电能传输实验装置无线电能传输研究的真正爆发源于2007年美国麻省理工学院的A.Kurs等人在《Science》杂志上发表的一篇文章[7]。文中作者以40%的效率成功点亮了距离两米以外的60W的灯泡，如图1.3所示。虽然后来证明这一实验并没有开拓出磁场能量传输的新理论，而仅仅是高Q值线圈带来的效果，但是这一突破常识的研究成果还是令人们激动万分。同时这篇文章也首次提出了四线圈无线电能传输的概念，相比于传统的两线圈无线电能传输结构，四线圈无线电能传输的最大好处是能够避免发射端逆变器和接收端整流器对线圈Q值的影响。该文重新点燃了人们对无线电能传输的希望和兴趣，自此，全球各大高校和研究机构争相开始无线电能传输的研究[8]，包括美国的密歇根州立大学[9]、橡树岭国家实验室[10]、斯坦福大学[11]；欧洲的苏黎世联邦理工学院[12]、代尔夫特理工大学[13]；国内的香港大学[14]、香港城市大学[15]、清华大学[16]、哈尔滨工业大学[17]、重庆大学[18]以及上海交通大学[19]等等。经过多年的发展逐渐建立起相关的标准如Qi标准[20]和A4WP标准[21]。根据无线能量载体的不同，无线电能传输可以分为磁场耦合无线电能传输，即以低频磁场为媒介的无线电能传输[22]；电场耦合无线电能传输，即以电场为媒介的无线电能传输；超声波无线电能传输，即以机械波为媒介的无线电能传输[23][24]；射频或激光无线电能传输，以高频电磁波为载体的无线能量传输[25]。不同媒介的无线电能传输系统各有优劣，在传输距离、功率等级、复杂度等方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术电压优化方法[J]. 郭历谋,罗博,麦瑞坤. 电工技术学报. 2020(S1)
[2]一种具有单发射双拾取结构的CPT系统[J]. 高世萍,冯玉明. 电力电子技术. 2019(06)
[3]互补对称式LCC谐振网络的电场耦合式无线电能传输系统参数优化[J]. 苏玉刚,吴学颖,赵鱼名,卿晓东,唐春森. 电工技术学报. 2019(14)
[4]基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型电场耦合电能传输系统[J]. 苏玉刚,谢诗云,王智慧,吴学颖,赵鱼名. 电工技术学报. 2019(06)
[5]基于全耦合电容模型的双发射电场耦合式无线电能传输系统[J]. 胡杰,陈丽华,罗博,施瑞,麦瑞坤. 电工技术学报. 2019(17)
[6]感应式与电场式结合的无线电能传输系统的设计与实现[J]. 罗颖,麦瑞坤,罗博,龙涛. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]基于电场耦合式电能传输系统的电能与信号回路分离式并行传输技术[J]. 苏玉刚,朱梦磊,卿晓东,吴学颖,肖前军. 电工技术学报. 2018(10)
[8]基于T-Π复合谐振网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统[J]. 苏玉刚,谢诗云,唐春森,陈龙,吴学颖. 电工技术学报. 2018(08)
[9]一种电场耦合式无线电能传输系统无源谐振元件电压优化方法[J]. 陈阳琦,陈丽华,罗博,胡杰,麦瑞坤. 电工技术学报. 2018(10)
[10]基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制[J]. 苏玉刚,任丹,谢诗云,赵鱼名,戴欣. 电工技术学报. 2018(04)
博士论文
[1]高偏移容错高效率电动汽车无线电能传输系统研究[D]. 唐云宇.浙江大学 2018
[2]基于共享通道的电场耦合式电能与信号并行传输技术研究[D]. 周玮.重庆大学 2018
[3]磁谐振式无线电能传输系统电磁环境与生物电磁曝露若干问题研究[D]. 闻枫.东南大学 2017
[4]变参数条件下感应式无线电能传输系统的补偿网络的研究[D]. 侯佳.南京航空航天大学 2017
[5]包络调制无线电能传输系统关键问题研究[D]. 张路.重庆大学 2017
[6]磁共振式无线电能传输装置电磁安全性研究[D]. 蒋燕.武汉大学 2016
[7]无线电能传输系统能量建模及其应用[D]. 周诗杰.重庆大学 2012
硕士论文
[1]旋转类设备电场耦合式无线电能传输应用研究[D]. 贺飞.西安理工大学 2019
[2]电场耦合式无线电能传输系统元件电压优化策略研究[D]. 陈阳琦.西南交通大学 2018
[3]基于电场耦合的水下无线电能传输系统研究[D]. 景晴晴.天津大学 2018
[4]基于电场谐振式无线电能传输的研究[D]. 刘哲.昆明理工大学 2017
[5]电场耦合无线电能传输系统安全性问题研究[D]. 马浚豪.重庆大学 2017
[6]ECPT系统控制器参数优化及其稳压输出控制[D]. 陈苓芷.重庆大学 2016
[7]基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制[D]. 任丹.重庆大学 2016
[8]电场耦合无线电能传输系统耦合机构研究[D]. 孙雨.重庆大学 2014
[9]电场耦合型无线电能传输系统拓扑研究及调谐控制[D]. 徐健.重庆大学 2014
[10]基于电场耦合的无线电能传输技术研究[D]. 周川.重庆大学 2012
本文编号：3624054
【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
沃登克里夫塔
吉林大学博士学位论文21.2无线电能传输技术的起源和分类无线电能传输的研究其实由来已久。早在19世纪末，著名科学家尼古拉特斯拉(NicolaTesla)就进行过大量关于无线电能传输的研究并且建立了很多基本的共识[3]，例如谐振能够克服接收和发射线圈之间耦合弱的问题，增加无线电能传输的能力。他的初衷是摆脱传统的电网，建立大功率的无线电能发射中心并且将低频电磁波覆盖至整个地球表面，以类似无线通信的形式无线传递电能。为了实现这个目标，他耗巨资建造了著名的沃登克里夫塔(WardenclyffeTower，图1.1)[4]。但是限于当时的技术水平和知识水平，该计划最终未能成功。沃登克里夫塔也最终因为特斯拉的破产而被拆除，人类历史上首次无线电能传输应用的尝试因此告一段落，无线电能传输的研究和应用也渐渐淡出人们的视野。图1.1沃登克里夫塔图1.2奥克兰大学导轨动态无线电能传输系统自20世纪90年代开始，新西兰奥克兰大学的JohnT.Boys和GrantA.Covic等人重新开始了对无线电能传输技术的研究(他们称为感应电能传输inductivepowertransfer)，获得了一系列研究成果[5]。例如为了解决发射线圈和接收线圈在不对齐条件下充电难的问题，他们提出了多个发射线圈重叠的DD型线圈和
第1章绪论3DDQP型线圈，使其在用于电动汽车无线充电时，具有更强的抗偏移能力。他们还研究了导轨无线电能传输技术，如图1.2所示，并且成功应用于仓储物流设备公司Daifuku的超净实验室[6]。图1.3MIT的研究团队和远距离无线电能传输实验装置无线电能传输研究的真正爆发源于2007年美国麻省理工学院的A.Kurs等人在《Science》杂志上发表的一篇文章[7]。文中作者以40%的效率成功点亮了距离两米以外的60W的灯泡，如图1.3所示。虽然后来证明这一实验并没有开拓出磁场能量传输的新理论，而仅仅是高Q值线圈带来的效果，但是这一突破常识的研究成果还是令人们激动万分。同时这篇文章也首次提出了四线圈无线电能传输的概念，相比于传统的两线圈无线电能传输结构，四线圈无线电能传输的最大好处是能够避免发射端逆变器和接收端整流器对线圈Q值的影响。该文重新点燃了人们对无线电能传输的希望和兴趣，自此，全球各大高校和研究机构争相开始无线电能传输的研究[8]，包括美国的密歇根州立大学[9]、橡树岭国家实验室[10]、斯坦福大学[11]；欧洲的苏黎世联邦理工学院[12]、代尔夫特理工大学[13]；国内的香港大学[14]、香港城市大学[15]、清华大学[16]、哈尔滨工业大学[17]、重庆大学[18]以及上海交通大学[19]等等。经过多年的发展逐渐建立起相关的标准如Qi标准[20]和A4WP标准[21]。根据无线能量载体的不同，无线电能传输可以分为磁场耦合无线电能传输，即以低频磁场为媒介的无线电能传输[22]；电场耦合无线电能传输，即以电场为媒介的无线电能传输；超声波无线电能传输，即以机械波为媒介的无线电能传输[23][24]；射频或激光无线电能传输，以高频电磁波为载体的无线能量传输[25]。不同媒介的无线电能传输系统各有优劣，在传输距离、功率等级、复杂度等方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术电压优化方法[J]. 郭历谋,罗博,麦瑞坤. 电工技术学报. 2020(S1)
[2]一种具有单发射双拾取结构的CPT系统[J]. 高世萍,冯玉明. 电力电子技术. 2019(06)
[3]互补对称式LCC谐振网络的电场耦合式无线电能传输系统参数优化[J]. 苏玉刚,吴学颖,赵鱼名,卿晓东,唐春森. 电工技术学报. 2019(14)
[4]基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型电场耦合电能传输系统[J]. 苏玉刚,谢诗云,王智慧,吴学颖,赵鱼名. 电工技术学报. 2019(06)
[5]基于全耦合电容模型的双发射电场耦合式无线电能传输系统[J]. 胡杰,陈丽华,罗博,施瑞,麦瑞坤. 电工技术学报. 2019(17)
[6]感应式与电场式结合的无线电能传输系统的设计与实现[J]. 罗颖,麦瑞坤,罗博,龙涛. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]基于电场耦合式电能传输系统的电能与信号回路分离式并行传输技术[J]. 苏玉刚,朱梦磊,卿晓东,吴学颖,肖前军. 电工技术学报. 2018(10)
[8]基于T-Π复合谐振网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统[J]. 苏玉刚,谢诗云,唐春森,陈龙,吴学颖. 电工技术学报. 2018(08)
[9]一种电场耦合式无线电能传输系统无源谐振元件电压优化方法[J]. 陈阳琦,陈丽华,罗博,胡杰,麦瑞坤. 电工技术学报. 2018(10)
[10]基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制[J]. 苏玉刚,任丹,谢诗云,赵鱼名,戴欣. 电工技术学报. 2018(04)
博士论文
[1]高偏移容错高效率电动汽车无线电能传输系统研究[D]. 唐云宇.浙江大学 2018
[2]基于共享通道的电场耦合式电能与信号并行传输技术研究[D]. 周玮.重庆大学 2018
[3]磁谐振式无线电能传输系统电磁环境与生物电磁曝露若干问题研究[D]. 闻枫.东南大学 2017
[4]变参数条件下感应式无线电能传输系统的补偿网络的研究[D]. 侯佳.南京航空航天大学 2017
[5]包络调制无线电能传输系统关键问题研究[D]. 张路.重庆大学 2017
[6]磁共振式无线电能传输装置电磁安全性研究[D]. 蒋燕.武汉大学 2016
[7]无线电能传输系统能量建模及其应用[D]. 周诗杰.重庆大学 2012
硕士论文
[1]旋转类设备电场耦合式无线电能传输应用研究[D]. 贺飞.西安理工大学 2019
[2]电场耦合式无线电能传输系统元件电压优化策略研究[D]. 陈阳琦.西南交通大学 2018
[3]基于电场耦合的水下无线电能传输系统研究[D]. 景晴晴.天津大学 2018
[4]基于电场谐振式无线电能传输的研究[D]. 刘哲.昆明理工大学 2017
[5]电场耦合无线电能传输系统安全性问题研究[D]. 马浚豪.重庆大学 2017
[6]ECPT系统控制器参数优化及其稳压输出控制[D]. 陈苓芷.重庆大学 2016
[7]基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制[D]. 任丹.重庆大学 2016
[8]电场耦合无线电能传输系统耦合机构研究[D]. 孙雨.重庆大学 2014
[9]电场耦合型无线电能传输系统拓扑研究及调谐控制[D]. 徐健.重庆大学 2014
[10]基于电场耦合的无线电能传输技术研究[D]. 周川.重庆大学 2012
本文编号：3624054
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