磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)諧振器設計與優(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)利用兩個諧振器間的磁場耦合，在中遠距離時（幾十厘米至幾米范圍內(nèi)），能量仍能高效的傳遞給負載。
　　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，諧振器設計并不等同于線圈設計，諧振器的優(yōu)化是基于線圈優(yōu)化的基礎上對系統(tǒng)性能的改進性設計。本文通過理論計算結(jié)合有限元軟件Comsol、數(shù)值仿真軟件Mat

2、lab對諧振器進行設計及優(yōu)化研究，并通過實驗對理論結(jié)果進行驗證，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磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)進行了理論分析，闡述了兩個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四種拓撲下的系統(tǒng)性能隨負載的變化關(guān)系，并得出當負載變化不大時（一般為幾百歐姆數(shù)量級），采用VSS拓撲的無線電能傳輸系統(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。
　　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比研究了單匝線圈與螺旋線圈的周邊磁場與中心處磁場的關(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、采用理論與實驗的方法，研究了螺旋諧振器的選材、選型、匝數(shù)及匝間距對其自身電感、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計方法;同時，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)對系統(tǒng)最優(yōu)化傳輸效率的

4、影響，最后，本文設計了一套在最優(yōu)化效率前提下的螺旋諧振器，并對相關(guān)參數(shù)進行了最優(yōu)化設計。
　　4、在對系統(tǒng)性能分析及諧振器優(yōu)化設計的基礎上，針對不同的應用場合，提出了雙接收諧振器式無線電能傳輸系統(tǒng)設計方案，并對比研究了該系統(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，并對理論研究與實際應用中的差異性進行了對比，給出了應用范圍;本文還對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)系進行了一系列仿真及實驗研究，并針對不