磁谐振式无线电能传输系统特性研究与系统设计

摘要

无线电能传输技术自尼古拉·特斯拉提出以来，逐渐成为研究热点，目前小功率无线充电已经在电动牙刷等部分家电产品中实用化，现在又扩大到了智能手机、生物医学、以及较大功率的电动汽车等领域，但是无论是何种功率等级的无线电能传输系统，其相应的理论研究都尚不充分。因此本文针对手机和电动汽车两种不同功率等级的谐振式无线电能传输系统开展了理论与试验研究。
　　本文首先介绍了谐振式无线电能传输的相关原理，给出了两种谐振模型的电路结构，并对比了四种基本拓扑结构的电路参数和特性。在此基础上，基于双负载串串式谐振电能传输系统，结合耦合模理论，给出系统效率的表达式和计算模型。在考虑接收端相互耦合的情况下，应用Matlab仿真分析了系统传输效率随固有衰减率和耦合系数的影响。针对铝合金外壳手机的无线充电背景，应用JMAG软件分析了传输路径中加入铝板障碍物对电磁场分布的影响。此外，以等效电路法研究了多接收端系统的电压比特性及频率偏移特性，并采用了自动频率跟踪和补偿电容调谐两种优化工作点的方法。搭建了96kHz的谐振式无线电能传输系统实验平台进行理论分析的验证。针对大功率的电动汽车无线充电，基于上述理论分析，结合电路分析与有限元电磁场仿真，设计并搭建了2.5kW的无线充电系统原型样机平台，并进行了相关试验，实验结果表明工作频率、充电距离、输出功率及传输效率等各项参数均符合要求。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1．研究背景

1．2．国内外研究现状

1．3．研究的意义

1．4．论文的结构和安排

2．磁谐振无线电能传输原理

2．1．谐振电路理论研究

2．2．基本谐振模型分析

2．3．四种基本拓扑结构

2．4．本章小结

3．双接收端系统电磁场分析与优化

3．1．研究意义

3．2．耦合模理论建模

3．3．传输特性研究

3．4．金属障碍物的影响

3．5．结论

4．多接收端系统电压比特性分析

4．1．研究意义

4．2．电路法建模

4．3．双接收端系统建模

4．4．多接收端系统理论分析

4．5．实验验证

4．6．传输特性优化

4．7．结论与展望

5．电动汽车无线充电系统设计

5．1．系统总体方案

5．2．SS谐振网络设计

5．3．硬件电路设计

5．4．实验结果

5．5．小结

6．总结与展望

6．1．全文总结

6．2．研究展望

参考文献

作者简介