本文選題：磁耦合共振 + 無線能量傳輸　； 參考：《南京師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：無線能量傳輸中的磁耦合共振技術(shù)因其具有輻射功率小,傳輸距離遠和效率高等優(yōu)點,在電動汽車、便攜式移動設(shè)備、醫(yī)療器械、水下潛艇等領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用前景。然而,目前最大的問題是,兩個相同諧振頻率的線圈通過近場耦合傳遞能量時存在一個臨界耦合系數(shù),當線圈間的耦合系數(shù)小于臨界耦合系數(shù)時,系統(tǒng)處于“欠耦合區(qū)”,沒有發(fā)生頻率分裂現(xiàn)象,負載功率增大但傳輸效率很低;當線圈間的耦合系數(shù)大于臨界耦合系數(shù)時,系統(tǒng)處于“過耦合區(qū)”,傳輸效率很高但負載功率很小,還伴隨有頻率分裂現(xiàn)象。為了解決上述問題,本文以傳統(tǒng)的兩線圈磁耦合共振系統(tǒng)為例,提出了輔助線圈加載技術(shù),即在發(fā)射線圈與接收線圈之間增加一個輔助線圈,輔助線圈的自諧振頻率與其他線圈的自諧振頻率不一樣。首先,本文介紹了無線能量傳輸?shù)难芯勘尘耙约皣鴥?nèi)外的研究現(xiàn)狀。其次,本文分別應(yīng)用耦合模理論,集中參數(shù)的等效電路法以及散射參量分析法對無線傳輸系統(tǒng)進行建模分析,推導出各個模型下系統(tǒng)的負載功率和傳輸效率的表達式。通過對上述方法的分析了解,為本文后續(xù)的深入研究打下了理論基礎(chǔ)。再次,本文主要研究了輔助線圈加載技術(shù)對于系統(tǒng)電壓增益的影響。通過對加載輔助線圈系統(tǒng)等效電路的分析,推導出系統(tǒng)的電壓增益的表達式以及如何設(shè)置輔助線圈與收發(fā)線圈之間的互感才能有效地提高系統(tǒng)電壓增益。仿真分析與實測結(jié)果表明,輔助線圈能夠有效改善頻率分裂現(xiàn)象并且在“過耦合區(qū)”通過電壓增益極大值追蹤法可以使電壓增益穩(wěn)定在0.45左右。最后,本文還研究了輔助線圈加載技術(shù)對系統(tǒng)傳輸效率的影響。與電壓增益分析方法類似,理論推導出輔助線圈與收發(fā)線圈之間的最優(yōu)互感MA_opt,仿真結(jié)果表明,加入輔助線圈后,整個系統(tǒng)傳輸效率能夠達到80%以上。和傳統(tǒng)的兩線圈磁耦合共振系統(tǒng)相比,當收發(fā)線圈之間的傳輸距離為10cm和15cm時(即收發(fā)線圈相距比較遠的時候),傳輸效率能夠提高30%左右。
[Abstract]:Because of its advantages of small radiation power, long transmission distance and high efficiency in wireless energy transmission, there are great potential applications in the fields of electric vehicles, portable mobile devices, medical devices, underwater submarines and so on. However, the biggest problem is that two coils with the same resonant frequency are passing through the near field coupling energy. There is a critical coupling coefficient. When the coupling coefficient is less than the critical coupling coefficient, the system is in the "under coupling zone", and there is no frequency division. The load power increases but the transmission efficiency is very low. When the coupling coefficient is larger than the critical coupling coefficient, the system is in the "over coupling zone" and the transmission efficiency is very high. In order to solve the above problems, in order to solve the above problems, this paper, taking the traditional two coil magnetic coupling resonance system as an example, proposes an auxiliary coil loading technique, that is, an auxiliary coil is added between the transmitting coil and the receiving coil, and the self resonant frequency of the auxiliary coil is not the frequency of the self resonant frequency of the other coils. First, this paper introduces the research background of wireless energy transmission and the status of research at home and abroad. Secondly, this paper uses the coupled mode theory, the equivalent circuit method of centralized parameters and the scattering parameter analysis method to model and analyze the wireless transmission system, and deduces the table of the load power and transmission efficiency of the system. Through the analysis of the above methods, we have laid a theoretical foundation for the further research in this paper. Thirdly, this paper mainly studies the influence of the auxiliary coil loading technology on the voltage gain of the system. Through the analysis of the equivalent circuit of the loading auxiliary coil system, the expression of the voltage gain of the system and how to set up the voltage gain are derived. The mutual inductance between the auxiliary coil and the receiving coil can effectively improve the voltage gain of the system. The simulation analysis and the measured results show that the auxiliary coil can effectively improve the frequency division and the voltage gain can be stabilized at about 0.45 in the "over coupling zone" by the voltage gain tracking method. The effect of coil loading technology on the transmission efficiency of the system is similar to the voltage gain analysis method. The theory derives the optimal mutual inductance MA_opt between the auxiliary coil and the receiving and receiving coil. The simulation results show that the transmission efficiency of the whole system can reach more than 80% after joining the auxiliary coil. Compared with the two coil magnetic coupling resonance system, the transmission efficiency can be compared with that of the transmission line. The transmission efficiency can be increased by about 30% when the transmission distance between the coils is 10cm and 15cm.
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM724

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本文編號：1975189