感应式无线充电技术的研究

摘要

随着科技的迅速发展,推动了数码产品的突飞猛进,给人们的工作、生活带来了极大的便利。但是,大部分电子产品的充电器不具备统一性,每一个电子产品都有与之匹配的充电器,不仅浪费大量的资源,增加产品的使用成本,而且还不利于环保。有线充电绕线繁琐,且在高温、高压等特殊环境下充电极不安全。因此,具有统一标准的无线充电技术将成为未来的发展趋势之一无论感应式充电还是微波充电,工作时都向周围辐射电磁波,附近具有敏感性的电子器件会受到干扰。此外,提高系统的传输效率也是难题之一。
　　为了解决感应式充电技术存在的问题,做了如下研究。1)、性能参数分析从能源消耗的角度,分析比较无线和有线两种充电方式。无线传输效率不及有线充电,但是能够减少待机耗电,节能环保。同时,理论分析影响无线充电技术的性能参数,线圈的形状大小及所使用的材料与品质因数成一阶相关;耦合因数与线圈之间的距离及线圈之间夹角偏移位置有关;品质因数与耦合因数之积决定了功率损耗因数的大小。2)、设计了合理的初次级线圈初次级线圈极大的影响着系统的传输效率。因此,在理论分析线圈尺寸、材料、相对位置关系等对感应式无线充电效能的影响基础之上,利用三维电磁场仿真软件Anosft HFSS进行仿真分析,分析表明:平面空心铜线线圈是最合适的线圈参数,且初次级线圈平行、距离愈近且轴心位置为0传输效率最高。3)、电磁屏蔽的仿真分析初次级线圈之间存在缝隙,必然导致一部分漏磁通,且对周围环境产生干扰,针对此问题,在介绍电磁屏蔽理论的基础上,利用电磁场仿真软件HFSS,建模仿真分析了电磁屏蔽体的屏蔽效能及其对无线充电系统耦合效率的影响。通过屏蔽体外特殊点屏蔽前后的场强对比,分析屏蔽效能;通过仿真接收线圈内一点屏蔽前后的磁场强度变化,运用相关公式计算互感变化分析其对耦合效率的影响。分析结果表明:采取电磁屏蔽措施,不仅能减少系统对外界的电磁辐射干扰,而且能增大系统的耦合传输效率。4)、实验分析研制简单的试验装置验证仿真的有效性,实验结果与仿真结果基本吻合。最后针对该系统存在的缺点和不足,对系统的未来进行了展望。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 无线充电技术国内外研究现状

1.2.1 无线充电技术的分类

1.2.2 无线充电技术的应用现状

1.2.3 无线充电技术的应用前景

1.3 论文内容的安排

第二章 无线充电技术关键因素分析

2.1 感应式无线充电的原理

2.2 影响充电系统的主要性能参数

2.2.1 无线充电的效率

2.2.2 功率损耗因数

2.2.3 品质因数

2.2.4 耦合因数

2.2.5 反射阻抗

2.3 本章小结

第三章 空心线圈电感及线圈的设计

3.1 空心线圈的电感

3.1.1 圆形线圈的自感及互感

3.1.2 矩形线圈的自感及互感

3.1.3 圆形与矩形线圈间的互感

3.2 线圈的设计

3.2.1 线圈形状参数对耦合性能的影响

3.2.2 线圈相对位置变化对耦合性能的影响

3.3 本章小结

第四章 电磁屏蔽的仿真及设计

4.1 屏蔽效能的原理

4.1.1 电磁屏蔽

4.1.2 屏蔽效能的表示方法

4.2 无线充电屏蔽效能的仿真

4.2.1 仿真软件的选择

4.2.2 仿真模型的建立

4.2.3 屏蔽体形状对互感的影响

4.2.4 屏蔽体缝隙尺寸对互感的影响

4.2.5 屏蔽体厚度对互感的影响

4.3 本章小结

第五章 感应式无线充电系统的设计与实验

5.1 设定系统指标

5.2 系统的设计与实验

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 无线充电技术未来的研究方向

6.2.1 无线充电技术的标准化

6.2.2 无线充电技术未来的研究方向

参考文献

致谢

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