【摘要】：無線電能傳輸技術(shù)是一種新興的電能傳輸技術(shù),其系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)耦合原理,利用線圈間的諧振耦合進行能量的無線傳輸。該技術(shù)具有傳輸效率高、距離遠的優(yōu)點,在電動汽車無線充電、醫(yī)學(xué)植入設(shè)備、水下機器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,因此成為當前無線電能傳輸技術(shù)的研究熱點。本文針對磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)開展研究與優(yōu)化。首先,利用電路理論分析了兩線圈無線電能傳輸系統(tǒng)的基本原理,并推導(dǎo)了兩線圈系統(tǒng)的輸出功率和傳輸效率表達式。在此基礎(chǔ)上,進一步分析了四線圈結(jié)構(gòu)的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的基本原理和傳輸特性,并對比了兩線圈結(jié)構(gòu)和四線圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。根據(jù)所分析的結(jié)果,將具有更好頻率穩(wěn)定性的全串聯(lián)諧振補償拓撲用于本文的四線圈無線電能傳輸系統(tǒng)的研究與優(yōu)化。其次,根據(jù)等效電路理論推導(dǎo)出四線圈模型的輸出功率和傳輸效率公式,并由此可知線圈間的互感對系統(tǒng)的傳輸特性影響較大。對圓形線圈的互感計算方法進行了研究,獲得線圈間的距離、線圈半徑與兩線圈間互感的關(guān)系表達式。進而分析了系統(tǒng)效率、輸出功率與線圈互感間的關(guān)系,并利用電路仿真軟件對所推導(dǎo)的四線圈系統(tǒng)傳輸特性表達式進行了驗證。通過系統(tǒng)傳輸特性與負載電阻的關(guān)系的研究,求出了其效率最佳時的負載值,同時還對系統(tǒng)的頻率特性進行了分析。然后,分析了采用輔助線圈對等效耦合系數(shù)進行動態(tài)調(diào)整的理論模型及可行性。在四線圈系統(tǒng)的驅(qū)動線圈和發(fā)射線圈之間,接收線圈和負載線圈之間分別添加一個輔助線圈,推導(dǎo)出含有輔助線圈情況下磁耦合結(jié)構(gòu)的等效耦合系數(shù),使得四線圈系統(tǒng)可以根據(jù)不同的工況動態(tài)調(diào)整線圈間的耦合系數(shù),從而提高四線圈系統(tǒng)的傳輸效率和輸出功率。最后,搭建了基于E類逆變器的實驗樣機,對本文所提出的理論與設(shè)計方法的可行性與準確性進行了驗證。實驗樣機端到端的實測效率峰值達到86%,并且當系統(tǒng)傳輸距離大于150mm時,輸出功率與系統(tǒng)傳輸效率可由原來的20W、46%提升到50W、60%,在不影響系統(tǒng)近距離傳輸效率的前提下提高了其在較遠傳輸距離時的輸出功率與效率。
【學(xué)位授予單位】：福建工程學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM724
【圖文】：

為人們所用。逡逑１．２無線電能傳輸?shù)姆诸愬义蠠o線電能傳輸（ＷＰＴ）按其傳輸機理可以分為三種，如下圖１－１所示。逡逑省邋輻射式逡逑（邋＇＇逡逑Ｉ無線電能傳輸＇■一？磁感應(yīng)耦合式逡逑＜磁耦合諧振式逡逑圖Ｍ無線電能傳輸?shù)姆诸愬义系谝环N為輻射式，包括微波激光等，如下圖１－２所示為輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)，輻逡逑射式無線電能傳輸通過天線發(fā)送和接收電磁波能量，首先利用微波設(shè)備把能量轉(zhuǎn)換成微波逡逑形式，然后將能量通過天線設(shè)備發(fā)射出去，這時，接收天線就可以從微波中接收能量了，逡逑最后再通過能量轉(zhuǎn)換裝置將能量轉(zhuǎn)換成人們所需的直流電。該技術(shù)的特點是成本低、結(jié)構(gòu)逡逑簡單，傳輸距離遠，但其傳輸功率低，大量電能以無線電波的方式浪費掉，導(dǎo)致傳輸效率逡逑比較低，一般在衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站等特殊領(lǐng)域內(nèi)使用。其中激光方式的定向性能好、逡逑傳輸功率大，但是目前技術(shù)還不成熟。逡逑ｔｌｔＡ邐＼邐／邐＼邐／邐能量輸出／邐＼逡逑發(fā)射天線邐接收天線逡逑圖１－２輻射式無線電能傳輸逡逑第二種為磁感應(yīng)z1合電能傳輸（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ，邋ＩＣＰＴ），如圖邋１－３逡逑所示

走向人們的視野。逡逑東南大學(xué)黃學(xué)良教授課題組采用互感耦合理論對雙中繼無線電能傳輸系統(tǒng)進行建模逡逑分析，探討了系統(tǒng)傳輸效率和接收線圈以及耦合系數(shù)之間的關(guān)系，如圖１－５所示，為使系逡逑統(tǒng)達到最大的傳輸效率，對不同線圈匝數(shù)進行分析，從而找出效率最優(yōu)的匝數(shù)值［９］。其還逡逑對磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)串并式模型進行研宄分析，利用等效電路理論分析系統(tǒng)逡逑傳輸效率和輸出功率與系統(tǒng)的工作頻率、負載電阻及線圈距離之間的關(guān)系，最后得到效率逡逑和功率的表達式，并且設(shè)計出一套串并式結(jié)構(gòu)的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)，用實驗逡逑仿真驗證了理論分析的正確性［１（）］。逡逑（＊邐，邋Ｉ邐＾＊１邐／逡逑圖１－５東南大學(xué)的雙中繼無線電能傳輸系統(tǒng)逡逑該團隊還研究了無線電能傳輸系統(tǒng)遇到金屬障礙物的情況［１１］，分別分析了金屬障礙物逡逑在發(fā)射線圈側(cè)、接收線圈側(cè)以及在兩線圈之間的情況，如圖１－６所示，通過ＣＯＭＳＯＬ有逡逑限元軟件對金屬障礙物在系統(tǒng)不同位置時周圍磁場分布情況進行了分析

輸實驗電路對理論進行實驗和仿真分析［１８］。并且其團隊利用等效電路法提出磁耦合諧振式逡逑無線電能傳輸系統(tǒng)功率和效率同步達到最大的概念，并且推出了功效同步最大化的需求條逡逑件，最后搭建實驗平臺如圖１－７所示，實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性［１９］。逡逑５逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李艷紅;劉國強;宋顯錦;張超;;寬頻磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)特性分析[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年19期

2 王維;黃學(xué)良;譚林林;趙俊峰;陳琛;;磁諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)諧振器參數(shù)對傳輸性能的影響性分析[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年19期

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本文編號：2757563