大功率諧振式無(wú)線電能傳輸方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、　　作為無(wú)線電能傳輸技術(shù)的一個(gè)新的發(fā)展方向，磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)具有較大的傳輸距離、較高的傳輸功率和效率以及無(wú)輻射性和穿透性等優(yōu)勢(shì)，它的出現(xiàn)使該技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。目前很多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在這方面展開(kāi)研究，也取得了很大進(jìn)展，但是還有很多問(wèn)題尚未解決，例如無(wú)線電能傳輸理論有待突破，傳輸功率和效率有待提高等。
　　本文正是基于這些問(wèn)題展開(kāi)研究的，首先利用耦合模理論研究了電能無(wú)線傳輸?shù)囊?guī)律和有效傳輸?shù)谋匾獥l件，利

2、用互感理論分析了電能無(wú)線傳輸?shù)幕咎匦?。其次為了提高電能傳輸?shù)墓β剩岢隽舜蠊β薀o(wú)線電能傳輸方法。最后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文的主要研究工作如下：
　　(1)基于耦合模理論建立了振蕩系統(tǒng)的傳輸模型和數(shù)學(xué)方程，對(duì)無(wú)損、有損振蕩系統(tǒng)分別建立方程并求解，由其簡(jiǎn)正模的分析得到能量有效交換和傳輸?shù)谋匾獥l件。
　　(2)利用耦合模方程并綜合考慮阻抗損耗和輻射損耗情況下得出系統(tǒng)的傳輸效率方程，由效率方程的表達(dá)

3、式進(jìn)一步推導(dǎo)工作效率和損耗效率與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系。建立了多用戶和帶中繼線圈的無(wú)線電能傳輸耦合模方程，通過(guò)拉普拉斯變換和拉普拉斯反變換解出方程得到其簡(jiǎn)正模。
　　(3)作為耦合模理論的補(bǔ)充和延伸，建立了利用互感理論分析無(wú)線電能傳輸技術(shù)的基本特性的方法。首先對(duì)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行等效得出其電路模型和簡(jiǎn)化電路，給出簡(jiǎn)化電路的方程式，解出該方程式得到負(fù)載側(cè)的歸一化電壓表達(dá)式和其頻率響應(yīng)特性，即頻率分裂特性和分裂規(guī)律。
　　(4)根

4、據(jù)在一定范圍內(nèi)接收電壓最大值不隨耦合因數(shù)的減小而降低的特性，定義了有效傳輸范圍的概念。結(jié)合距離(包括軸向距離和徑向距離)或方向與耦合因數(shù)的關(guān)系，進(jìn)一步推導(dǎo)得出了無(wú)線電能傳輸?shù)木嚯x特性和方向特性，即雖然距離和方向發(fā)生改變但是只要系統(tǒng)仍處于“過(guò)耦合”狀態(tài)，負(fù)載接收電壓的最大值就有可能保持不變。
　　(5)針對(duì)大功率無(wú)線電能傳輸?shù)男枰岢鎏岣邿o(wú)線電能傳輸功率所涉及的三個(gè)基本問(wèn)題(大功率高頻電源、阻抗匹配、諧振頻率穩(wěn)定性問(wèn)題)以及由于

5、功率提高帶來(lái)的電 磁輻射與電磁兼容問(wèn)題。
　　(6)設(shè)計(jì)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體包括功率放大電路、阻抗匹配電路、發(fā)射與接收系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了能量的有效大功率無(wú)線傳輸。隨后利用實(shí)驗(yàn)電路對(duì)本文所提的理論進(jìn)行了具體分析和驗(yàn)證，包括頻率特性、距離特性、方向特性等方面的實(shí)驗(yàn)。
　　本文的研究不僅包括磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的傳輸機(jī)理、傳輸條件等，還系統(tǒng)分析了無(wú)線電能傳輸?shù)幕咎匦裕约鞍l(fā)射與接收系統(tǒng)電氣參數(shù)對(duì)傳輸性