基于磁耦合谐振的小型无线电能传输系统的研究

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磁耦合谐振式无线电能传输技术使得能量的传输距离比磁感应式无线电能传输技术远,比微波式无线电能传输具有更低的方向要求,还具有无辐射的优点。针对工业领域中接收端负载需要能在中远距离的较大范围的可正常工作,并允许接收端有一定灵活的接收角度,甚至能允许多个接收端负载同时工作的情况,本文研制出了一套基于磁耦合谐振的小型无线电能传输系统。  本文首先研究了磁耦合谐振系统的基本理论,再通过Matlab仿真指出系统能够使电能高效地在发射线圈和接收线圈间转换的关键因素,即两线圈之间的耦合系数要远大于其衰减系数;分析出线圈互感系数、工作频率等几个影响无线电能传输效率的因素。其次根据对谐振频率精度要求和输出电压的可控性的要求,设计出无线电能传输装置的能量发射系统的控制电路模型,并对这个控制电路的各个模块进行了分析和设计,制作出能量发射系统的控制电路。然后,针对在较大范围内能够产生较强磁场的要求,研究出一种新的面积较大的平板发射线圈和面积较小的接收线圈结构,又依据谐振电容耐压值和谐振频率要求选择合适的电容,并设计能量接收系统电路。最终成功地制作了一种小型的无线电能传输系统的原型机,并进行实验验证。  实验表明,系统的工作谐振频率接近设计要求,接收端线圈可以在线圈覆盖的较大区域内工作,接收端线圈的接收角度还具有一定的灵活性,而且这套无线电能传输系统还允许两个接收端线圈负载同时工作。实验的结果与耦合谐振理论相符合,实现了论文的研究目的。
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