基于磁耦合谐振的空间无线电能传输系统耦合机构设计

发布时间：2020-08-31 21:02

　　无线电能传输技术在一定程度上使得能量传输摆脱了导线的束缚,相对于传统有线电能传输技术具有便利性、安全性等优势,而空间无线电能传输是对这一技术适用范围的进一步拓展。本文主要工作是基于磁耦合谐振技术对空间无线电能传输系统的耦合机构进行设计,重点在于构造发射机构均匀的磁场分布以及提升接收机构拾取能量的均匀度,通过搭建仿真模型和设计实验平台验证了本文所设计的耦合机构平滑拾取功率的性能。本文主要工作有:(1)描述了无线电能传输技术的理论基础、历史背景及发展应用,介绍了超声波、电磁辐射、电场耦合及磁场耦合四种主要无线电能传输技术,并简要说明了它们的技术特点,分析了常见一维耦合机构存在的问题,指出采用空间无线电能传输的优点。对空间无线电能传输的国内外研究现状及目前所提出的耦合机构进行了讨论,通过对两类多自由度耦合机构分析比较提出了本文的设计目标,即一种可由单电源驱动,能够在空间上均匀传输能量且可拖动多个负载的耦合机构。(2)比较了耦合模理论、散射矩阵理论、电路理论三种建模方法,从中选取电路理论对磁耦合谐振无线电能传输系统进行了建模,着重分析了谐振电路参数间关系以用于实验平台设计。(3)提出一种新的用于空间无线电能传输的耦合机构,其中发射机构设计目标是形成均匀磁场,通过理论分析说明了某些方案中发射机构设计上存在的问题,针对其问题提出了本文的设计方式,设计主要基于多面体的几何特性以及欧拉回路的应用;接收机构设计目标是均匀的耦合能量,本文提出了一种功率拾取均匀度的评价方式,并以此对常见的几种接收机构进行比较,说明本文所设计的接收机构在功率均匀拾取方面具有一定的优势。为验证本文提出的设计,通过Maxwell软件对发射机构模型仿真,以三维分布图的方式展示了其磁场分布,并搭建实验平台验证了耦合机构功率拾取平滑度及拖动多个负载的能力,证明本文所设计的空间无线电能传输系统的耦合机构具有可行性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM724
【部分图文】：

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【参考文献】