WPT/MRC系统频率分裂抑制技术研究

摘要

磁耦合谐振式无线电能传输技术(wireless power transfer via magnetic resonancecoupling，WPT/MRC)具有传输距离远、输出效率高、方向性好、抗干扰能力强、对环境影响小等优点。电磁耦合谐振式无线电能传输是基于相同谐振频率的物体之间能够高效率的传输能量这一原理，进行能量无线交换的传输方式。但是，已有研究发现，WPT/MRC系统在较近距离传输时会发生严重的频率分裂现象，使系统的传输效率下降。为了抑制上述现象，本文从收发线圈结构出发，通过改变收发线圈的结构削弱收发线圈距离过近时两者间的磁过耦合现象，从而抑制或消除频率分裂现象的发生，实现在近距离传输时WPT/MRC系统性能的优化。
　　本研究针对耦合模理论、电路理论、散射矩阵理论等三种常用的WPT/MRC系统传输理论进行了分析。分析结果表明，散射矩阵理论适合于无线电熊传输系统输入源阻抗与负载阻抗相匹配的场合，符合设计要求，有利于进行WPT/MRC系统的建模、仿真和优化设计。在散射矩阵理论的基础上，分别对单向发射线圈、正反向并联发射线圈和正向并联发射线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统进行建模，通过计算得到了功率传输比和效率最高情况下的最优发射线圈参数。此外，通过仿真软件对所建系统模型进行数值仿真，得出线圈结构优化参数用于实验验证。搭建了一般发射线圈、正反向串联发射线圈和正向并联发射线圈WPT/MRC系统实验测试平台，并对三种不同发射线圈的WPT/MRC系统的传输性能进行了测试分析。实验结果表明正反向串联发射线圈和正向并联发射线圈磁耦合无线电能传输系统对频率分裂抑制效果的有效性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 无线电能传输方式

1．2．1 ICPT技术

1．2．2 微波辐射式无线电能传输

1．2．3 WPT/MRC技术

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 频率分裂现象

1．5 本文的主要工作

第二章 WPT/MRC系统传输理论

2．1 耦合模理论

2．2 电路理论

2．3 散射矩阵理论

2．4 本章小结

第三章 谐振线圈的设计

3．1 频率分裂现象产生原因分析

3．2 抑制收发线圈间互感急剧变化的方法

3．2．1 正反向串联线圈

3．2．2 正向并联线圈

3．3 本章小结

第四章 抑制频率分裂的WPT/MRC设计

4．1 正反向串联发射线圈

4．1．2 WPT/MRC系统传输效率

4．1．3 正反向串联发射线圈参数设计

4．2 正向并联发射线圈

4．2．2 WPT/MRC系统传输效率

4．2．3 正向并联发射线圈参数设计

4．3 不足和改进

4．3．1 对于正反向串联线圈的改进

4．3．2 对于正向并联线圈的改进

4．4 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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