磁耦合谐振式无线电能与信号同步传输方法研究

摘要

古往今来，能源的利用和传输是人类研究的一个重点，而无线电能传输技术为能源的利用和传输打开了一道新的大门。该技术克服了以往电气设备对线路的依赖，简化了电路结构，开创了一种新的能量传输方式，为人类科技的发展注入了新的活力。
　　磁耦合谐振式无线电能传输作为无线电能传输中一种重要的方式，已经被广泛地应用于许多领域，如家用电器、植入式医疗设备、电动汽车、可穿戴设备等，在实际的工业生产中，电能无线传输时，也需要信号的无线传输。而目前多是在电能传输通道之外，增加额外的传输通道实现的。这种方式导致设备笨重冗杂，灵活性变差，可靠性降低，还增加了成本。为改变此种状况，本文主要提出了基于同一通道的无线电能和信号传输方法，设计了在无线电能传输的过程中信号双向传输系统，并对信号是否能够随电能进行有效传输以及信号和电能传输特性进行了实验研究。
　　首先，介绍了磁耦合谐振式无线电能传输系统的基本组成及工作原理，又对当前的无线电能和信号同步传输方法的分类及原理进行研究，通过对其优缺点的比较、分析，设计了一套基于磁耦合谐振式的无线电能和信号同步传输系统。
　　其次，设计了信号的正向传输系统（原边到副边）。通过比较现有通信方式，选择ASK（移幅键控）调制解调方式进行信号加载和复原。然后分别设计信号调制电路、谐振器、信号提取线圈、信号解调电路，并在此系统上进行实验研究。
　　再次，设计了信号的反向传输系统（副边到原边）。通过研究副边补偿的改变对原边输入电流的影响，提出了一种反向信号加载和复原的方法:先通过改变副边补偿进行反向信号的加载，再根据原边电流的变化进行信号复原。本文对不同的补偿方式和补偿元件进行特性分析，选择并联电阻作为补偿方式，在此基础上设计了补偿加载电路，并在此系统上进行实验验证。
　　最后，对电能和信号传输特性进行实验分析。先研究磁耦合谐振式无线电能传输平台的距离特性、频率特性，再研究谐振器线圈Q值对电能传输的影响、信号提取线圈位置变化对信号提取效果的影响，此外还研究了信号正向和反向的传输特性以及信号传输时对电能传输产生的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 无线电能传输技术

1．1．1 电磁波辐射式

1．1．2 电磁感应式

1．1．3 磁耦合谐振式

1．2 无线电能与信号传输技术国内外研究状况

1．3 本课题的研究目的和意义

1．4 本文研究的主要内容

第二章 无线电能与信号同步传输原理分析

2．1 磁耦合谐振式无线电能传输原理分析

2．1．1 系统结构分析

2．1．2 电路模型分析

2．2 无线电能与信号传输方法原理及分析

2．2．1 电能和信号分离通道传输

2．2．2 电能和信号同一通道传输

2．3 磁耦合谐振式无线电能与信号同步传输系统

2．4 本章小结

第三章 信号正向传输方法设计

3．1 通信方式选择

3．1．1 ASK移幅键控

3．1．2 FSK移频键控

3．1．3 PSK移相键控

3．2 信号源设计

3．3 功放设计

3．4 调制与解调设计

3．4．1 调制电路设计

3．4．2 谐振器线圈设计

3．4．3 信号提取线圈设计

3．4．4 解调电路设计

3．5 实验分析

3．6 本章小结

第四章 信号反向传输方法设计

4．1 反向传输原理

4．2 补偿优化

4．2．1 串联补偿与并联补偿比较

4．2．2 补偿元件选择

4．2．3 电阻模块选择

4．3 选通开关设计

4．4 实验分析

4．5 本章小结

第五章 电能和信号同步传输特性分析

5．1 磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

5．1．1 频率特性

5．1．2 距离特性

5．2 谐振器对电能传输的影响分析

5．3 信号提取线圈位置特性影响分析

5．3．1 角度特性

5．3．2 高度特性

5．3．3 距离特性

5．4 信号传输速率研究

5．4．1 信号正向传输速率分析

5．4．2 信号反向传输速率分析

5．5 信号传输对电能传输的影响分析

5．5．1 信号正向传输对电能传输的影响分析

5．5．2 信号反向传输对电能传输的影响分析

5．6 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