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基于陣列線圈磁耦合共振無線能量傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時間:2020-06-07 01:19
【摘要】:在2007年磁耦合共振(Magnetically Coupled Resonance,MCR)無線能量傳輸(Wierless Power Transfer,WPT)技術(shù)被提出,它是利用兩個高品質(zhì)因子諧振線圈的近場磁場特性,實現(xiàn)耦合共振傳輸能量。與感應(yīng)耦合無線能量傳輸技術(shù)相比,它具有更高的傳輸距離和能量傳輸效率;與輻射方式無線能量傳輸技術(shù)相比,它向外輻射能量很小。因此,該技術(shù)被研究人員和工程師們廣泛關(guān)注,并對其原理和應(yīng)用進行了廣泛的研究和探討,例如電動汽車的無線充電、智能家居的無線供電、植入式醫(yī)療設(shè)備的無線充電、可穿戴設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等的應(yīng)用。目前,雖然在它的一些關(guān)鍵技術(shù)和難點上,它的研究和攻關(guān)取得了一些進展,例如提高強耦合區(qū)和弱耦合區(qū)的能量傳輸效率,減小收發(fā)線圈之間相對位置變化(Lateral Misalignment)對系統(tǒng)性能的影響(即接收平面上效率的均勻分布化),減小收發(fā)線圈軸線之間角度θ變化(Angular Misalignment)對系統(tǒng)的影響(即接收線圈的可旋轉(zhuǎn)性)。但是,這些問題仍然值得進一步深入探討、研究與開發(fā)。因此,本論文推導了三線圈和四線圈無線能量傳輸系統(tǒng)的能量傳輸效率計算公式,然后研究了平面螺旋線圈的匝數(shù)、線間距、線徑寬度對品質(zhì)因子的影響,最后提出了將它們做為陣列單元來設(shè)計新穎的陣列線圈結(jié)構(gòu),并提出了優(yōu)化流程;而后利用等效電路理論和磁場分布解釋陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的工作原理,提出了平面陣列線圈、立體陣列線圈、可重構(gòu)模塊陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。具體如下:首先,本論文介紹了四線圈MCR-WPT系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),利用耦合模理論分析其能量傳輸機理,然后通過電路理論指出2-線圈和四線圈WPT系統(tǒng)之間的本質(zhì)區(qū)別。接著計算了三線圈和四線圈MCR-WPT系統(tǒng)的能量傳輸效率公式,并討論線圈結(jié)構(gòu)與品質(zhì)因子的關(guān)系、提出相應(yīng)的優(yōu)化流程,最后以它們作為后續(xù)陣列線圈的陣列單元,為后續(xù)陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的設(shè)計提供理論指導。接著,本論文討論了傳統(tǒng)陣列線圈和平面陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的性能,然后提出“8”字型平面陣列線圈和多層PCB結(jié)構(gòu)的3×3平面陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)。它們擴大了能量傳輸覆蓋面積,獲得了能量傳輸效率分布均勻的能量接收平面,提高了接收線圈(即被充電電子產(chǎn)品如手機)的可移動性(Lateral Misalignment)。并著重通過等效電路分析“8”字型平面陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)能量傳輸效率分布均勻的原因,由實驗結(jié)果和Ansoft High Frequency Structure Simulator(HFSS)的仿真結(jié)果對比,并與傳統(tǒng)陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)進行對比,證明它們能提高系統(tǒng)能量傳輸效率分布的均勻性和接收線圈的可移動性,并將兩個平面陣列線圈組成一個無線充電桌面,為LED臺燈、藍牙音箱和智能手機等電子設(shè)備進行無線供電。然后,論文繼續(xù)探索研究基于立體陣列線圈的MCR-WPT系統(tǒng)。設(shè)計了一個基于L型陣列發(fā)射線圈的MCR-WPT系統(tǒng),通過增加一個垂直于發(fā)射和接收線圈的諧振線圈,從而提高強耦合區(qū)和弱耦合區(qū)的能量傳輸效率,并提出了相應(yīng)的等效電路模型和優(yōu)化方法,同時將結(jié)果與HFSS和Agilent ADS等電磁仿真軟件的仿真結(jié)果進行對比,證明了該等效電路模型和優(yōu)化方法的正確性。經(jīng)過進一步的研究,提出基于Magnetic-Tank陣列發(fā)射線圈的MCR-WPT系統(tǒng),分析它的磁場分布,然后對其工作原理進行闡述,最后通過實驗進一步證明該系統(tǒng)解決了接收線圈自由旋轉(zhuǎn)的問題(Angular Misalignment)。因此,根據(jù)以上立體陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng)的實驗結(jié)果,證明它們可以根據(jù)實際應(yīng)用提高能量傳輸性能。隨后,論文又提出一種形狀可重構(gòu)的模塊陣列線圈MCR-WPT系統(tǒng),它可以用于多種無線充電的應(yīng)用。通過分析該系統(tǒng)在不同應(yīng)用情況下的磁場分布,從而形象地闡述其工作機制。仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)在不需要改變匹配和諧振電容值的前提下,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)接收線圈的可移動性,而且增加接收線圈的形狀變化以適應(yīng)接收負載設(shè)備的變化。同時,它還能通過改變發(fā)射和接收模塊的組合,滿足不同無線能量傳輸應(yīng)用的要求。其實驗結(jié)果也進一步證明該系統(tǒng)能提高無線能量傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用能力。最后,論文對上述工作進行了總結(jié),并對以后無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)展進行簡單討論。
【圖文】:

電線,物理媒質(zhì),科研工作者,電子設(shè)備


[2]。圖1-1 繁多的電線給人們生活帶來不便無線能量傳輸是作為一種無需通過物理媒質(zhì)連接,從而實現(xiàn)電能傳輸?shù)姆绞?蒲泄ぷ髡咭恢敝铝τ谘芯堪踩、可移動的、方便的,能對各種小型電子設(shè)備

實驗裝置,共振式,磁耦合,傳輸技術(shù)


第一章 緒論得能量可以在系統(tǒng)的某一個距離范圍內(nèi)高效0%以上;此外,該技術(shù)還具有良好的穿透性它幾乎不會對系統(tǒng)的傳輸性能有影響,不會。總之,磁耦合共振式與磁感應(yīng)式無線能量是諧振線圈直徑的幾倍,實現(xiàn)中距離的無線磁耦合共振式與微波\激光無線能量傳輸技術(shù)遠遠高于微波\激光無線能量傳輸,并且不需和實現(xiàn)。,磁耦合共振式無線能量傳輸技術(shù)具有相當包括家用電子設(shè)備、RFID、植入式醫(yī)療、電因此,該技術(shù)針對各種結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點,,以要的。
【學位授予單位】:電子科技大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2018
【分類號】:TM724

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 盛松濤;杜貴平;張波;;感應(yīng)耦合式無接觸電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J];通信電源技術(shù);2007年05期



本文編號:2700584


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