發(fā)布時間：2020-05-23 07:04

【摘要】：無線電能傳輸系統(tǒng)具有便捷性、安全性、通用性和避免結(jié)構(gòu)損壞等優(yōu)點(diǎn),最重要的是利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)充電,具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在無線電能傳輸系統(tǒng)運(yùn)行時,耦合機(jī)構(gòu)周圍存在大量的交變電磁場,這些能量若不能得到充分的應(yīng)用,將會使周圍的設(shè)備及生物暴露在強(qiáng)磁場之內(nèi),造成嚴(yán)重的危害。因此,本文通過研究及實(shí)驗(yàn)分析證明采用磁屏蔽材料不僅可以有效解決這一問題,而且能夠提升無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。本文對串-串型諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型分析得到影響系統(tǒng)傳輸特性的因素,包括負(fù)載、互感和頻率等。在此基礎(chǔ)上分析磁屏蔽對耦合機(jī)構(gòu)各參數(shù)及無線電能傳輸系統(tǒng)傳輸效能的影響。通過對串-串型無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)的簡化,在負(fù)載阻值不變時,推導(dǎo)出互感與失諧因子對系統(tǒng)傳輸特性的影響,得出系統(tǒng)產(chǎn)生頻率分裂的條件。同時,采用控制變量法分析互感和頻率對系統(tǒng)傳輸特性的影響。研究耦合機(jī)構(gòu)互感對系統(tǒng)最佳負(fù)載以及電感對原、副邊回路品質(zhì)因數(shù)的影響。最后,分析原、副邊回路的諧振狀態(tài)對系統(tǒng)傳輸效率的影響。借助Maxwell分析導(dǎo)線在高頻下的損耗,該損耗主要由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起。通過Maxwell建立耦合機(jī)構(gòu)的3D模型,并計算耦合機(jī)構(gòu)磁屏蔽前后的電感、互感以及無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。分析耦合線圈引入磁屏蔽材料后引起無線電能傳輸系統(tǒng)失諧的主要原因,以及通過修正補(bǔ)償諧振電容的方法解決系統(tǒng)失諧問題。利用傳輸線理論分析均勻屏蔽材料的屏蔽效能,耦合線圈的軸距越大,屏蔽效能越大。雖然磁屏蔽對強(qiáng)耦合狀態(tài)的系統(tǒng)傳輸效率提升不顯著,但是可以有效降低耦合機(jī)構(gòu)外側(cè)的磁場強(qiáng)度。通過對諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浜完P(guān)鍵器件進(jìn)行對比和選擇,搭建了硬件電路,使用該裝置驗(yàn)證了磁屏蔽會導(dǎo)致系統(tǒng)失諧,修正補(bǔ)償電容可以提高系統(tǒng)的傳輸效率。
【圖文】：

但是受限于當(dāng)時的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的因素，最學(xué)者們?nèi)匀粵]有放棄對無線電能傳輸技術(shù)的研究，且由于展，該技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展[7]。目前，根據(jù)傳輸機(jī)理技術(shù)主要包含有：電磁感應(yīng)式、磁耦合諧振式和微波式[8感應(yīng)式無線電能傳輸應(yīng)式無線電能傳輸（Inductive Power Transfer，IPT），指實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸?shù)姆椒āＦ湓硎歉哳l的交流電傳輸過電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而實(shí)現(xiàn)將電能從發(fā)射端技術(shù)具有輸出功率大、傳輸效率高的特點(diǎn)。但是，這種方、能量傳輸方向性要求較高等不足[9]。目前該技術(shù)被廣泛牙刷和智能手表等電子消費(fèi)品無線充電領(lǐng)域。電磁感應(yīng)式包括電源、整流濾波電路、逆變器、可分離變壓器、電能磁感應(yīng)式無線電能傳輸原理示意圖，如圖 1.2 所示。

技術(shù)成熟，成本低廉，是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)[11]。智能手機(jī)無線充電如圖1.3 所示。圖 1.3 智能手機(jī)無線充電1.2.2 磁耦合諧振式無線電能傳輸2007 年，麻省理工學(xué)院提出磁耦合諧振無線功率傳輸（Magnetically-CoupledResonant Wireless Power Transfer，MCR-WPT），通過設(shè)計發(fā)射和接收諧振器線圈點(diǎn)亮離電源 2m 開外的 60W 燈泡，傳輸效率達(dá)到 40%[12]。該方法的原理與聲音的共振原理相似，，在輸入同等能量的情況下，當(dāng)激勵源的頻率和諧振回路的頻率相同時，線圈內(nèi)的電流幅值是非諧振時的數(shù)倍，線圈周圍的磁場強(qiáng)度得到加強(qiáng)。當(dāng)發(fā)射側(cè)、接收側(cè)諧振回路與系統(tǒng)工作頻率達(dá)到相同頻率時，兩側(cè)線圈共振，并且利用磁場來交換傳輸過程中能量，從而實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸[13]。磁耦合諧振式無線電能傳輸與電磁感應(yīng)式無線電能傳輸方法原理相近，主要區(qū)別在于磁耦合諧振方法在能量傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生強(qiáng)磁耦合諧振。磁耦合諧振式無線電能傳輸原理示意圖，如圖 1.4 所示。負(fù)載接收器驅(qū)動源無接觸電磁耦合路徑K振蕩器 振蕩器圖 1.4 磁耦合諧振式無線電能傳輸原理示意圖相比電磁感應(yīng)式無線電能傳輸技術(shù)，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM724

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊慶新;章鵬程;祝麗花;薛明;張獻(xiàn);李陽;;無線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)與技術(shù)瓶頸問題[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年05期

2 陳琛;黃學(xué)良;孫文慧;譚林林;強(qiáng)浩;;金屬障礙物對磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的影響[J];電工技術(shù)學(xué)報;2014年09期

3 郭堯;朱春波;宋凱;魏國;逯仁貴;徐石明;;平板磁芯磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年05期

4 石新智;祁昶;屈美玲;葉雙莉;王高峰;;基于磁共振的無線能量傳輸系統(tǒng)接收模塊參數(shù)研究[J];電工技術(shù)學(xué)報;2014年02期

5 陳煒峰;朱美杰;郭海軍;劉俊棟;;電磁屏蔽對無線充電系統(tǒng)的影響分析[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年02期

6 鄧智平;劉朝輝;周國柱;張行;;平面各向異性羰基鐵/樹脂復(fù)合吸波材料的設(shè)計[J];功能材料;2012年S2期

7 潘亞培;吳明贊;李竹;;基于有限元法的高頻開關(guān)電源變壓器繞組損耗分析[J];電子器件;2012年05期

8 高全杰;楊志維;章偉紅;;靜電涂油機(jī)刀梁電極放電過程的研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2011年08期

9 陳旭華;易建政;;平面波斜入射多層材料的屏蔽效能與反射衰減[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2010年12期

10 張國權(quán);徐月朗;;開關(guān)電源中線圈的鄰近效應(yīng)研究[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2010年04期

本文編號：2677320