波导近场耦合型无线输电技术

发布时间：2020-06-26 04:55

【摘要】：无线电能传输是当前电力技术的前沿和热点话题。相比于有线输电技术,无线输电避免了电线裸露,具有传电便捷和用电安全的特点,同时可有效减少化学电池的使用,降低环境污染。目前,无线输电技术主要有三种方式,即微波远场传输,电磁耦合和磁谐振。其中,利用磁谐振原理的无线输电兼顾了效率与传输距离,在近几年取得了突破性的进展。但是,当前的磁谐振无线输电技术建立于共振线圈基础之上,存在带宽较窄、对环境变化敏感等问题,并且不利于实现低成本的动态输电。本文提出一种新型传输线耦合型无线传电系统,以传输线上的驻波耦合取代线圈磁共振耦合,实现了一个基于传输线的无线输电系统。从原理上对传输线耦合展开了系统的分析,然后借助仿真软件CST Microwave Studio对静态传输线耦合与动态传输线耦合展开了模型仿真分析,进一步地我们对该输电方式在抗偏移方面进行了探讨,最后搭建了实验平台,以实验方式验证该新型无线输电系统的高效性和灵活性。结果表明,本文所提出的传输线耦合无线输电系统效率高:在静态无线输电方面,仿真耦合效率达到95%。在动态无线输电方面,仿真耦合效率达到90%以上,同时在粗略的实验测试下,动态无线输电耦合效率也高达80%;抗偏移能力强:横向偏移20%范围内,耦合效率基本不发生改变;频带宽:工作带宽达到10%。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724
【图文】：

磁谐振

１．２．无线输电国内外研究现状逡逑无线输电并不是一项新概念，目前国内外对该技术均有十分广泛的研究。受电体与供电体之间相对静止的静态无线输电，和受电体可移动式动态无线输中动态无线输电将在延长行驶里程、减少电池的尺寸和成本、提高功率密度等发展的关键问题上发挥重要作用。逡逑１．２．１邋？静态无线电能传输研究现状逡逑目前国外对静态无线电能传输主要有美国麻省理工学院、新西兰奥克兰大学、意大利佩鲁贾大学高校。以及东芝、三菱、Ｉｎｔｅｌ等一些高科技企业。国内要有重庆大学、哈尔滨工程大学、华南理工大学、华中科技大学等高校［８］。以尔集团也在这方面投入了大量的研究。逡逑２００７年美国ＭＩＴ团队在《Ｓｃｉｅｎｃｅ》上发表一篇文章，利用磁共振原理在２以４０％的效率实现６０Ｗ功率传输，如图１．１所示。实验中采用两个直径为６０ｃｍ线圈，利用线圈自身具有的分布参数，即同时存在的电感性、电容性，调节激自谐振频率一致引起共振。逡逑

无线系统,动态

该系统不仅可以延长常规的基于谐振耦合的有效范围，还可向移动受电体不断的提供电能。逡逑２０１３年韩国大田的韩国高等科学技术研宄院（ＫＡＩＳＴ）开发了一种创新的电力传输系统逡逑［１２］，如图１．２所示。公交车可以实现非接触的从埋藏在地下的电力发射器中获取电力。与需要逡逑大量充电等待的传统电动车辆不同，该公交车可以在行进时给电池充电。逡逑仰丨邋４邋ｉｎ＿逡逑２０邋ｋｆｌ／逦ｐｏｗｅｒ邋ｌｉｎｅｓ逡逑图１．２动态无线系统的概念图逡逑２０１８年美国能源部橡树岭国家实验室（ＯＮＲＬ）对移动受电体无线充电的传输特性、耦合逡逑机理等进行了研究。研究人员研发了一款可用于移动交通的无线充电系统，可实现９７％传输效率逡逑下１２０ＫＷ功率传输，实验效果与传统的有线大功率快速充电方式相当。在实验演示中，电力逡逑在６英寸气隙间距为移动交通电池组提供电能。逡逑目前，重庆大学无线电能传输研发小组也完成了全套无线充电系统的方案设计、样件研发、逡逑３逡逑

【参考文献】