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磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究

作　者: 张超
导　师: 杨庆新
学　校: 河北工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 磁谐振耦合无线传能谐振器谐振频率
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

磁谐振耦合无线电能传输技术集合了电磁场、高频电力电子、电磁感应、耦合理论等多学科的基础理论与应用技术,安全、高效、灵活地实现了电能的无线传输。该系统的供电部分和电能接收部分没有直接的物理连接,克服了传统能量传输的诸多不足,开创了能量传输的新方法,具有重要的科学意义和研究价值。磁谐振耦合无线电能传输技术,是利用两个具有相同谐振频率的电磁系统,在相距一定的距离时,通过磁谐振耦合进行电能传输。与感应耦合无线电能传输技术相比,其能量传输距离更远,性能更加稳定;与微波无线电能传输相比,其能量损耗小,传输效率更高。本文通过仿真,重点研究了磁谐振无线电能传输系统谐振器的谐振频率及其影响因素。主要研究了以下几个方面:基于耦合模理论,对磁谐振耦合无线电能传输系统谐振模式、工作效率、辐射损耗效率和吸收损耗效率进行分析。建立磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的数值模型,并利用有限元软件的参数优化分析进行结构优化;设计了平面螺旋谐振器,仿真分析了谐振器的高度、平面螺旋线圈内径及每匝线圈厚度对谐振频率的影响。设计了立方体薄膜型谐振器,仿真分析了谐振器内层导体宽度对谐振频率的影响。在理论计算和仿真分析的基础上进行磁谐振耦合无线电能传输实验。按照仿真分析得到的参数制作立方体薄膜型谐振器,谐振器在相距30cm内成功地点亮了一个发光二极管,实现了无线电能传输。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  §1-1 课题背景和研究意义  8-9
  §1-2 无线电能传输方式  9-11
    1-2-1 微波无线电能传输  9-10
    1-2-2 感应耦合无线电能传输  10
    1-2-3 磁谐振耦合无线电能传输  10-11
  §1-3 国内外研究现状及存在问题  11-14
    1-3-1 国外研究现状  11-13
    1-3-2 国内研究现状  13-14
    1-3-3 存在的问题  14
  §1-4 论文的研究内容  14-15
第二章磁谐振耦合无线电能传输机理  15-20
  §2-1 耦合模理论  15-16
  §2-2 谐振器的模式转换  16-18
  §2-3 简正模幅度的求解  18-19
  §2-4 本章小结  19-20
第三章磁谐振耦合无线电能传输效率分析  20-28
  §3-1 耦合强度  20-21
  §3-2 工作效率  21-24
  §3-3 辐射损耗效率和吸收损耗效率  24-26
  §3-4 Q e 的大小对效率的影响  26-27
  §3-5 本章小结  27-28
第四章谐振器仿真分析  28-36
  §4-1 平面螺旋谐振器仿真分析  28-33
    4-1-1 平面螺旋谐振器模型  28
    4-1-2 平面螺旋谐振器的谐振频率及其影响因素分析  28-33
  §4-2 立方体薄膜型谐振器仿真分析  33-35
    4-2-1 立方体薄膜型谐振器模型  33
    4-2-2 立方体薄膜型谐振器的谐振频率  33-34
    4-2-3 内层导体的宽度对谐振频率的影响  34-35
  §4-3 本章小结  35-36
第五章磁谐振耦合无线电能传输实验研究  36-38
  §5-1 谐振频率实验结果与仿真结果对比  36-37
  §5-2 谐振器水平错位对无线传能的影响  37
  §5-3 本章小结  37-38
第六章结论与展望  38-40
  §6-1 结论  38-39
  §6-2 下一步的工作  39-40
参考文献  40-42
致谢  42-43
攻读学位期间所取得的科研成果  43

磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究

内容摘要

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