磁耦合谐振无线电能传输系统研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:sd2009shandong
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磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输的一个新兴领域,其远距离、大功率、高效率和穿透性等传输特点使其成为当前研究的热点技术。目前国内外许多科学家对其进行研究并获得了很大进展,但仍存在很多关键问题亟待解决,例如为移动设备供电和电磁屏蔽等。正是基于这些问题本文对此展开系统研究,其主要研究工作如下:首先,借助耦合模和电路理论对磁耦合谐振式无线电能传输进行数学建模并推导出系统传输效率、传输功率和负载接收电压相应的公式,由这些公式分析影响系统传输性能的关键因素。然后,简化传输系统电路模型参数,推导出理想情况下负载归一化接收电压公式,并依据公式绘制出负载归一化接收电压的变化曲线图,根据此图可知磁耦合谐振式无线电能传输有效传输区域和频率分裂产生的必要条件。其次,研究能量传输过程中存在的7种基本特性包括频率(传输频率和谐振频率)特性、距离(轴向距离和径向距离)特性、方向特性、谐波特性、耦合线圈特性、原副边谐振状态特性和负载特性,通过分析这些传输特性可以对磁耦合谐振式无线电能传输有个定性的认识。再次,对磁耦合谐振式无线电能传输装置中各重要模块电路和器件选型进行了详细的阐述,主要包括逆变电路、控制电路、耦合线圈和整流滤波电路,并确定出本文所需的电路选型和对应的器件。接着,利用选型结果制作出1套运用磁耦合谐振式无线电能传输技术实现的无线电能传输装置,当系统传输频率等于谐振频率且两线圈轴向传输距离为20cm时,这套装置最大输出功率为80W,传输效率约为73%。同时利用这套装置对系统传输特性进行实验验证。最后,在已经完成的工作基础上搭建出1套为移动小车无线供电的装置,该装置中发射和接收线圈之间的轴向传输距离为10cm,小车能够平稳的在直径1m的圆形跑道上边跑边无线供电,整个系统工作稳定且传输效率约为61%左右。该技术的实现将为移动设备进行无线供电提供理论和技术支持。
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