磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)諧振器設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究.pdf

1、磁耦合無線電能傳輸技術(shù)是一種新興的電能傳輸形式。該技術(shù)利用兩個(gè)諧振器間的磁場(chǎng)耦合，在中遠(yuǎn)距離時(shí)（幾十厘米至幾米范圍內(nèi)），能量仍能高效的傳遞給負(fù)載。
　　諧振器是磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸效率、輸出功率主要取決于系統(tǒng)發(fā)射與接收諧振器間參數(shù)是否匹配。然而，諧振器設(shè)計(jì)并不等同于線圈設(shè)計(jì)，諧振器的優(yōu)化是基于線圈優(yōu)化的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)性能的改進(jìn)性設(shè)計(jì)。本文通過理論計(jì)算結(jié)合有限元軟件Comsol、數(shù)值仿真軟件Mat

2、lab對(duì)諧振器進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，主要內(nèi)容總結(jié)如下:
　　1、利用耦合模理論與電路互感理論分別對(duì)磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，闡述了兩個(gè)諧振耦合線圈之間的能量交換原理，并著重從電路互感角度分析了VSS、VSP、CSS、CSP四種拓?fù)湎碌南到y(tǒng)性能隨負(fù)載的變化關(guān)系，并得出當(dāng)負(fù)載變化不大時(shí)（一般為幾百歐姆數(shù)量級(jí)），采用VSS拓?fù)涞臒o線電能傳輸系統(tǒng)可以獲得較大的輸出功率與較穩(wěn)定的傳輸效率，這是全文分析

3、的基礎(chǔ)。
　　2、系統(tǒng)傳輸性能與螺旋諧振器間的耦合程度關(guān)系密切，本文通過電磁仿真對(duì)比研究了單匝線圈與螺旋線圈的周邊磁場(chǎng)與中心處磁場(chǎng)的關(guān)系，從理論層面得出了提高螺旋諧振器間耦合程度的方法。
　　3、采用理論與實(shí)驗(yàn)的方法，研究了螺旋諧振器的選材、選型、匝數(shù)及匝間距對(duì)其自身電感、損耗電阻及諧振器間互感的影響，提出了一種螺旋諧振器的分析及設(shè)計(jì)方法;同時(shí)，將諧振器放入VSSSS無線電能傳輸系統(tǒng)中，研究諧振器各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)化傳輸效率的

4、影響，最后，本文設(shè)計(jì)了一套在最優(yōu)化效率前提下的螺旋諧振器，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　4、在對(duì)系統(tǒng)性能分析及諧振器優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，提出了雙接收諧振器式無線電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比研究了該系統(tǒng)與單接收諧振器式無線電能傳輸系統(tǒng)之間傳輸性能的關(guān)系，并對(duì)理論研究與實(shí)際應(yīng)用中的差異性進(jìn)行了對(duì)比，給出了應(yīng)用范圍;本文還對(duì)不同傳輸距離下的系統(tǒng)傳輸性能隨諧振器空間位置的變化關(guān)系進(jìn)行了一系列仿真及實(shí)驗(yàn)研究，并針對(duì)不