【摘要】：無線電能傳輸系統具有便捷性、安全性、通用性和避免結構損壞等優(yōu)點,最重要的是利用該技術可以實現動態(tài)充電,具有巨大的經濟和社會效益。在無線電能傳輸系統運行時,耦合機構周圍存在大量的交變電磁場,這些能量若不能得到充分的應用,將會使周圍的設備及生物暴露在強磁場之內,造成嚴重的危害。因此,本文通過研究及實驗分析證明采用磁屏蔽材料不僅可以有效解決這一問題,而且能夠提升無線電能傳輸系統的傳輸效率。本文對串-串型諧振式無線電能傳輸系統建立數學模型分析得到影響系統傳輸特性的因素,包括負載、互感和頻率等。在此基礎上分析磁屏蔽對耦合機構各參數及無線電能傳輸系統傳輸效能的影響。通過對串-串型無線電能傳輸系統參數的簡化,在負載阻值不變時,推導出互感與失諧因子對系統傳輸特性的影響,得出系統產生頻率分裂的條件。同時,采用控制變量法分析互感和頻率對系統傳輸特性的影響。研究耦合機構互感對系統最佳負載以及電感對原、副邊回路品質因數的影響。最后,分析原、副邊回路的諧振狀態(tài)對系統傳輸效率的影響。借助Maxwell分析導線在高頻下的損耗,該損耗主要由集膚效應和鄰近效應引起。通過Maxwell建立耦合機構的3D模型,并計算耦合機構磁屏蔽前后的電感、互感以及無線電能傳輸系統的傳輸效率。分析耦合線圈引入磁屏蔽材料后引起無線電能傳輸系統失諧的主要原因,以及通過修正補償諧振電容的方法解決系統失諧問題。利用傳輸線理論分析均勻屏蔽材料的屏蔽效能,耦合線圈的軸距越大,屏蔽效能越大。雖然磁屏蔽對強耦合狀態(tài)的系統傳輸效率提升不顯著,但是可以有效降低耦合機構外側的磁場強度。通過對諧振式無線電能傳輸系統的拓撲和關鍵器件進行對比和選擇,搭建了硬件電路,使用該裝置驗證了磁屏蔽會導致系統失諧,修正補償電容可以提高系統的傳輸效率。
【圖文】：

但是受限于當時的技術和經濟等方面的因素，最學者們仍然沒有放棄對無線電能傳輸技術的研究，且由于展，該技術取得了突破性的進展[7]。目前，根據傳輸機理技術主要包含有：電磁感應式、磁耦合諧振式和微波式[8感應式無線電能傳輸應式無線電能傳輸（Inductive Power Transfer，IPT），指實現電能無線傳輸的方法。其原理是高頻的交流電傳輸過電磁感應原理產生感應電流，從而實現將電能從發(fā)射端技術具有輸出功率大、傳輸效率高的特點。但是，這種方、能量傳輸方向性要求較高等不足[9]。目前該技術被廣泛牙刷和智能手表等電子消費品無線充電領域。電磁感應式包括電源、整流濾波電路、逆變器、可分離變壓器、電能磁感應式無線電能傳輸原理示意圖，如圖 1.2 所示。

技術成熟，成本低廉，是一種廣泛應用的技術[11]。智能手機無線充電如圖1.3 所示。圖 1.3 智能手機無線充電1.2.2 磁耦合諧振式無線電能傳輸2007 年，麻省理工學院提出磁耦合諧振無線功率傳輸（Magnetically-CoupledResonant Wireless Power Transfer，MCR-WPT），通過設計發(fā)射和接收諧振器線圈點亮離電源 2m 開外的 60W 燈泡，傳輸效率達到 40%[12]。該方法的原理與聲音的共振原理相似，，在輸入同等能量的情況下，當激勵源的頻率和諧振回路的頻率相同時，線圈內的電流幅值是非諧振時的數倍，線圈周圍的磁場強度得到加強。當發(fā)射側、接收側諧振回路與系統工作頻率達到相同頻率時，兩側線圈共振，并且利用磁場來交換傳輸過程中能量，從而實現無線電能傳輸[13]。磁耦合諧振式無線電能傳輸與電磁感應式無線電能傳輸方法原理相近，主要區(qū)別在于磁耦合諧振方法在能量傳輸的過程中會發(fā)生強磁耦合諧振。磁耦合諧振式無線電能傳輸原理示意圖，如圖 1.4 所示。負載接收器驅動源無接觸電磁耦合路徑K振蕩器 振蕩器圖 1.4 磁耦合諧振式無線電能傳輸原理示意圖相比電磁感應式無線電能傳輸技術，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術的
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM724

【參考文獻】

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本文編號：2677320