谐振式WPT系统过耦合功率效率特性研究

摘要

随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越成为国内外学者研究的热点。作为一种新型的无线电能传输方式，磁耦合谐振式无线电能传输技术由于其较远的传输距离和较高的传输效率而备受关注，广泛应用于电动汽车、植入式医疗设备等新兴领域，具有良好的应用前景和重要的研究意义。
　　目前，磁耦合谐振式无线电能传输技术正处于发展初期，很多问题亟需解决，例如系统在过耦合区内负载接收功率随着传输距离靠近而降低的问题，目前其原因尚不清楚。因此本文通过无线电能传输模型对系统过耦合功率效率特性进行了理论分析，得到了功率降低的根本原因，并提出了解决功率降低的方法。
　　首先，本文对磁耦合谐振式无线电能传输系统的组成以及原理进行了分析，并基于互感等效模型，对过耦合区负载接收功率与系统传输效率特性进行了研究。研究发现当系统处于过耦合状态时，负载接收功率和系统传输效率会出现降低的现象。在此基础上，本文进一步深入研究负载接收功率与系统输入阻抗的定量关系，得出了输入阻抗是影响负载接收功率的决定因素，而阻抗失配是造成负载接收功率降低的根本原因的结论。
　　其次，在理论分析系统功率效率特性的基础上，本文提出了三种提高系统功率效率的方法。一是提出了阻抗调节法，基于非耗能性元件组成的阻抗调节电路来调节系统输入阻抗，使系统满足最大功率传输的必要条件，以此提高过耦合区的负载接收功率;二是提出了线圈参数优化法，分析不同线圈参数对系统传能的影响，得到需要优化的线圈参数，提高耦合系统的传输效率，以此提高过耦合区域内的负载接收功率;三是提出了功率效率同步提高法，同时改变耦合系统的谐振频率和射频电源的工作频率，不仅提高了系统传输效率，而且进一步提高了过耦合区域内的负载接收功率。
　　最后，基于磁耦合谐振式无线电能传输系统仿真模型和实验平台，对系统过耦合功率效率特性、过耦合功率降低原因以及提高方法进行了仿真和实验验证，其仿真和实验结果与理论分析具有较好的一致性，证明了本文所提结论的正确性与方法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 无线电能传输技术

1．1．1 微波辐射式

1．1．2 电磁感应式

1．1．3 磁耦合谐振式

1．2 WPT系统过耦合功率效率特性国内外研究现状

1．3 本课题研究的目的和意义

1．4 本文研究的主要内容

第二章 WPT系统过耦合功率效率特性分析

2．1 磁耦合谐振式WPT原理分析

2．1．1 系统传输原理

2．1．2 系统拓扑结构

2．1．3 系统等效电路模型分析

2．2 WPT系统过耦合功率效率特性分析

2．2．1 WPT系统过耦合功率特性

2．2．2 WPT系统过耦合效率特性

2．3 WPT系统过耦合功率降低原因分析

2．4 本章小结

第三章 WPT系统过耦合功率效率提高方法研究

3．1 阻抗调节法

3．2 线圈参数优化法

3．3 功率效率同步提高法

3．4 本章小结

第四章 仿真研究

4．1 WPT系统仿真模型的建立

4．2 WPT系统过耦合功率效率特性的仿真研究

4．2．1 过耦合功率与系统输入阻抗的对应关系

4．2．2 过耦合效率特性的仿真研究

4．3 WPT系统过耦合功率效率提高方法的仿真研究

4．3．1 阻抗调节前后功率的对比

4．3．2 不同参数线圈的传能效果分析

4．4 本章小结

第五章 实验研究

5．1 实验电路搭建

5．2 WPT系统过耦合功率特性的实验研究

5．2．1 负载接收功率与输入阻抗的关系

5．2．2 阻抗调节法的实验结果分析

5．3 WPT系统过耦合效率特性的实验研究

5．3．1 阻抗调节前后效率的对比

5．3．2 不同线圈参数对耦合系统传输效率的影响

5．4 功率效率同步提高的实验验证

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢