磁耦合諧振式無線能量傳輸特性研究.pdf

1、磁耦合諧振式無線能量傳輸（wireless power transfer via magnetic resonance coupling，WPT/MRC）是近年來無線能量傳輸領(lǐng)域新提出的一種技術(shù)方案，相比于其他無線能量傳輸方法，具有傳輸距離適中、傳輸功率大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而備受關(guān)注。然而，WPT/MRC的傳輸距離、傳輸帶寬仍然不滿足一些應(yīng)用要求，而且，系統(tǒng)不光在較遠(yuǎn)傳輸距離傳輸效率低，在傳輸距離較近時由于發(fā)生頻率分裂現(xiàn)象而同樣不能高效

2、地傳輸電能，因此系統(tǒng)傳輸系數(shù)隨距離變化起伏大。為了改善上述問題，本文以收發(fā)線圈之間互感系數(shù)為紐帶，對WPT/MRC的傳輸特性進(jìn)行研究，并針對其本身存在的缺陷與不足提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。
　　首先本文從電路理論出發(fā)，以典型的WPT/MRC系統(tǒng)的等效電路及其最優(yōu)傳輸條件為基礎(chǔ)，進(jìn)行擴(kuò)展，提出了磁耦合諧振陣列的分析方法。該方法利用互感系數(shù)，推導(dǎo)了系統(tǒng)輸入阻抗，并預(yù)測了合理排布的磁耦合諧振陣列具有較寬傳輸帶寬的特性。對磁耦合諧振陣列的數(shù)值仿

3、真結(jié)論驗(yàn)證了該理論預(yù)測，發(fā)現(xiàn)其帶寬相比于兩線圈WPT/MRC系統(tǒng)至少可以提高一倍，并發(fā)現(xiàn)其具有陡峭的通帶邊緣，表明磁耦合諧振陣列具有良好的抗干擾性能。而對不同排布形式的陣列進(jìn)行數(shù)值仿真，獲得了相近的結(jié)果，表明該方法對磁耦合諧振陣列的分析具有很好的普適性。
　　接下來，本文從線圈之間互感系數(shù)計(jì)算表達(dá)式著手分析了WPT/MRC中頻率分裂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并指出消除互感系數(shù)中的極點(diǎn)可以對頻率分裂現(xiàn)象進(jìn)行抑制。提出采用非相同線圈對作為WPT

4、/MRC系統(tǒng)的收發(fā)線圈來獲得平坦的互感系數(shù)，以消除頻率分裂現(xiàn)象并獲得穩(wěn)定的傳輸系數(shù)。利用理論計(jì)算、數(shù)值仿真以及實(shí)驗(yàn)測試對該方法加以驗(yàn)證，三者結(jié)果相互吻合，相互印證，表明本文所提出的方法能夠有效消除頻率分裂現(xiàn)象，系統(tǒng)在原過耦合區(qū)的傳輸系數(shù)最大可提高6.5dB，并可獲得平坦穩(wěn)定的傳輸系數(shù)，差值不超過2dB。相比于其他幾種已知的抗頻率分裂方法，該方法不需要根據(jù)傳輸距離的變化實(shí)時改變系統(tǒng)的匹配，也不需要設(shè)計(jì)算法并外加復(fù)雜電路用以跟蹤系統(tǒng)最優(yōu)傳輸