磁耦合谐振式无线电能传输的频率研究

发布时间：2017-09-27 21:01

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输的频率研究

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【摘要】：当今世界各种便携式设备飞速发展,各种电子设备如手机,平板电脑,笔记本电脑,电动汽车,各种人体植入器件等得到广泛应用,这些设备的共同特点就是没有与电网连接,因而使用便携方便,但是这些设备在使用中最大的问题就是电池的续航能力,磁耦合谐振式无线电能传输技术应运而生。到目前为止,磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率,传输功率与谐振频率和系统参数的优化设计,以及阻抗匹配,功效同步等问题仍然是制约此项技术广泛推广应用的关键所在,因此解决磁谐振无线电能传输系统的技术问题具有极大意义。为解决上述问题,本文以传输系统中的谐振频率为主要研究对象,通过选取系统最佳谐振频率,提高系统传输效率,增大传输功率,实现功率和效率的同步,同时解决阻抗匹配问题,为磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计提供理论基础。本文分别应用集总参数的电路理论、耦合模理论、基于微波的散射参数(S参数)理论对无线传输系统进行建模,推出各个理论模型的传输效率和功率的表达式。对系统的损耗进行分析,并分析了不同类型线圈的参数计算方法。在建立模型的基础上,应用电路理论和耦合模分别证明传输效率最佳频率的存在,并对传输效率最佳频率的影响因素和传输效率的影响因素进行分析,应用Math CAD软件对建立的模型进行仿真分析,并搭建实验平台对理论进行验证。证明了传输效率最佳频率的存在。在传输效率最佳频率的基础上推导出了负载功率最佳频率,及系统效率最佳频率,通过引入功效最佳频率偏移度ε,对功效最佳频率偏移度进行分析,得到了功效同步的实现条件,并分析了最大传输功率的影响要素;通过系统效率最佳频率与负载功率最佳频率的比较,证明了系统效率与负载功率不存在功效同步的现象;并对功效同步时的传输系统进行分析,得出系统在实现功效同步条件时,内在地满足阻抗匹配的条件,即自动实现阻抗匹配。同样应用Math CAD软件进行仿真分析,并搭建实验平台对理论进行验证。实验结果验证了磁耦合谐振式无线电能传输系统负载功率最佳频率的存在,验证了传输效率最佳频率与系统参数之间的关系,以及最大传输效率与系统参数的关系,并证明了系统功效同步的实现。
【关键词】：磁耦合谐振 无线电能传输 传输效率最佳频率 功效同步
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 无线电能传输的研究现状10-12
• 1.2.1 无线电能传输技术的发展历程10-11
• 1.2.2 无线电能传输技术的研究现状11-12
• 1.3 磁耦合谐振式无线电能传输的研究方向12-19
• 1.3.1 传输系统的分析和优化12-13
• 1.3.2 频率分裂的研究13-14
• 1.3.3 阻抗匹配的研究14-15
• 1.3.4 带中继线圈的传输系统研究15-17
• 1.3.5 多接收线圈系统研究17-18
• 1.3.6 多发射线圈系统研究18-19
• 1.4 无线电能传输亟待解决的问题及未来发展趋势19-20
• 1.4.1 亟待解决的问题19-20
• 1.4.2 发展趋势20
• 1.5 本文研究的主要内容20-23
• 1.5.1 研究目的20-21
• 1.5.2 研究内容21-23
• 2 磁耦合谐振式无线电能传输的理论分析23-41
• 2.1 磁耦合谐振式无线电能传输的理论基础23-36
• 2.1.1 无线电能传输系统的建模23-27
• 2.1.2 电路理论分析27-30
• 2.1.3 耦合模理论分析30-33
• 2.1.4 基于微波的散射参数理论(S参数)分析33-36
• 2.2 谐振式无线电能传输的参数分析36-39
• 2.2.1 轴向螺旋线圈的参数计算36
• 2.2.2 平面螺旋线圈的参数计算36-38
• 2.2.3 系统损耗分析38-39
• 2.3 本章小结39-41
• 3 磁耦合谐振式无线传输的传输效率最佳频率41-55
• 3.1 传输效率最佳频率的分析41-44
• 3.1.1 集总参数效率最佳频率41-43
• 3.1.2 耦合模理论效率最佳频率43-44
• 3.2 传输效率最佳频率和最大传输效率分析44-46
• 3.2.1 传输效率最佳频率影响因素分析44-45
• 3.2.2 负载对最大传输效率的影响45
• 3.2.3 传输距离D对最大传输效率的影响45-46
• 3.3 仿真46-49
• 3.4 实验49-53
• 3.4.1 谐振频率对传输效率的影响50-51
• 3.4.2 负载对传输效率最佳频率和最大传输效率的影响51-52
• 3.4.3 距离对传输效率最佳频率和最大传输效率的影响52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 4 磁耦合谐振式无线传输的功效同步频率55-71
• 4.1 功效同步频率55-57
• 4.1.1 负载功率最佳频率55-56
• 4.1.2 功效同步的实现分析56-57
• 4.2 阻抗匹配分析57-59
• 4.2.1 求导匹配57-58
• 4.2.2 阻抗匹配输入阻抗分析58-59
• 4.2.3 阻抗匹配输出阻抗分析59
• 4.3 功效同步的系统分析59-61
• 4.3.1 最大负载功率分析59-60
• 4.3.2 系统效率的最佳谐振频率60-61
• 4.4 仿真61-65
• 4.4.1 简化分析61-62
• 4.4.2 负载功率与谐振频率关系分析62-64
• 4.4.3 功效同步仿真验证64-65
• 4.5 实验65-70
• 4.5.1 能量供给系统分析65-67
• 4.5.2 功效同步实验分析67-70
• 4.6 本章小结70-71
• 5 结论和展望71-73
• 5.1 主要结论71-72
• 5.2 工作展望72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-81
• 附录81

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