谐振式无线电能传输系统磁耦合机构的分析及优化设计

发布时间：2021-07-07 23:37

　　谐振式无线电能传输技术传输效率高、传输距离远、安全灵活,在手机、智能家居和一些特殊场合等具有广泛的应用前景。作为谐振式无线电能传输系统核心的部分,磁耦合机构直接决定系统的传输性能。本文针对谐振式无线电能传输系统展开研究,重点对磁芯结构进行优化,设计并制作了磁耦合机构。实验结果表明,优化后,输出功率方面,系统抗偏移能力提升98%,传输距离增加81%;传输效率方面,系统抗偏移能力提升106%,传输距离增加89%;系统磁屏蔽能力提升42%。首先,介绍谐振式无线电能传输系统的组成部分及能量传输过程,建立磁耦合机构的互感等效电路模型和等效磁路模型,研究耦合系数、线圈高频电阻、频率和负载对系统性能的影响,并分析趋肤效应和频率分叉现象,为磁耦合机构的设计优化奠定了基础。其次,针对无线电能传输系统耦合系数小,输出功率和传输效率低的问题,仿真对比常见线圈结构并选用平面圆形线圈结构,结合本课题对传输距离、输出功率和传输效率等方面的要求确定线圈参数。选择合适的磁性材料,对比典型磁芯结构,选用平板型磁芯结构进一步优化。在保证系统较高传输性能的情况下,以减少磁芯材料用量为优化原则,设计了不同平板型磁芯结构,对其... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２电场耦合式无线电能传输系统原理图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ＷＰＴ?ｓｙｓｔｅｍ??

?主要将其携带的能量信号传递给接收天线。该技术就是利用远场中的电磁波传输??能量，因此可以实现数百千米的传输距离。其传输载体是频率为３００ＭＨｚ？３００ＧＨｚ??的电磁波，即微波，其系统框图如图１－１所示。??１??

该方式在近场中进行无线电能传输，因此，接收机构位于电磁波近场，发射、??接收机构的距离远小于电磁波的一个波长。在实际应用中，线圈直径一般小于ｌｍ，??传输距离一般在数毫米至数十厘米之间，其系统框图如图１－２所示。??原边电路?副边电路??４？源?Ｉ?１?｜?１??Ｉ??????］广｜??????１?Ｉ??—整流＿高频＿原边副边＿功率变换＿用电Ｉ??Ｉ滤波?逆变?补偿Ｉ?卜２?Ｉ补偿?电路＿设备Ｉ??？￣ｎ?￣￣?ｈ?ｎ????＊??Ｉ?：?ｊ?ｉ?：■?ｊ???１?无线????原边?通信?副边??＾＂控制?＊控制??图１－３磁耦合无线电能传输系统原理图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ＷＰＴ?ｓｙｓｔｅｍ??原边电路和副边电路利用耦合电感进行能量传递。一般对发射、接收线圈匹??配补偿电容，通过电容与电感的谐振，从而，抵消整个系统输入端的无功功率，??以此，提高系统整体效能。磁耦合无线电能传输因传输功率大、效率高，磁耦合??式无线电能传输应用较其它方式更为广泛【６］。??综上所述，针对无线电能传输系统，本文选用ＭＣＲ－ＷＰＴ做进一步研宄。??１．３无线电能传输技术研究现状??１．３．１国外研究现状??２００６年１１月在美国物理学会工业物理论坛上


本文编号：3270584