無線電能傳輸系統(tǒng)中交變磁場測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、自從第二次工業(yè)革命以來，人類社會便步入了電氣化時代。隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，各種用電設(shè)備大量的涌入人們的生活，有線電能傳輸顯現(xiàn)出很多的弊端。磁諧振式無線電能傳輸(Wireless Power Transfer，WPT)在2007年被MIT首次提出之后，迅速引發(fā)了世界各地的研究人員對其進(jìn)行深入的研究。磁場作為能量傳輸?shù)拿浇?，其在空間的分布情況，對于磁諧振式WPT的進(jìn)一步研究有著非常重要的意義。目前市面上已經(jīng)有了一些磁場測量的儀器，大多

2、數(shù)都是體積比較大，測量的頻率范圍較低，適用于測量WPT系統(tǒng)空間磁場的測量儀器非常少，且價格昂貴。專門針對磁諧振式WPT空間磁場測量的研究也是非常的少。所以，實現(xiàn)WPT空間的磁場測量具有很大的實際意義。
　　本文研制了一套磁場測量系統(tǒng)，包括三維磁場探頭的設(shè)計與制作、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究和測量方案的設(shè)計。對固定頻率下的系統(tǒng)各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行了測量，將測量結(jié)果繪制成三維圖，與仿真的結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出此測量系統(tǒng)可為WPT的研究提供有力

3、幫助。
　　本文首先介紹了電磁場的麥克斯韋方程組，對其中的電磁感應(yīng)定律進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過分析單元偶極子天線的電磁場性質(zhì)，引出了近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)的劃分，并對各自場域的電磁場的性質(zhì)進(jìn)行了分析，而后總結(jié)了近場磁場測量的特點，并分析了WPT傳輸理論，為后文奠定了理論基礎(chǔ)；其次，詳細(xì)分析了一維磁場探頭的原理，推導(dǎo)出了一維磁場探頭的傳遞函數(shù)關(guān)系、檢測線圈的尺寸等，通過仿真驗證了理論推導(dǎo)的正確性，并制作了一維磁場探頭。在一維磁場探頭的基礎(chǔ)上，

4、設(shè)計了三維磁場探頭的模型，并完成了三維磁場探頭的制作；然后，對三通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件部分進(jìn)行了研究。硬件電路詳細(xì)敘述了高頻放大電路模塊、FPGA外圍電路(包括電源電路、時鐘電路、USB轉(zhuǎn)串口、擴(kuò)展口等)和A/D轉(zhuǎn)換模塊。軟件部分對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和上位機(jī)數(shù)據(jù)存儲進(jìn)行了設(shè)計與分析；最后，分別對磁諧振無線電能傳輸?shù)幕締卧?即只有發(fā)射線圈的情況)和既有發(fā)射線圈也有接收線圈的兩線圈系統(tǒng)進(jìn)行了測量，在有限元分析軟件Maxwell3D中