无线能量传输研究

作     者：舒亚明 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董林玺

授予年度：2015年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：磁耦合能量传输 变压器模型 耦合系数 互感 匹配网络 

摘      要：磁耦合谐振无线能量传输技术(Magnetic Coupling Resonant Wireless Power Transmission Technology,MCRWPTT)是一种非接触能量传输技术。该传输方式具有安全性、可靠性以及灵活性等优点,不但能够解决传统有线能量传输方式中存在的电击、火花等缺陷,还能为煤矿开采、水下和智能楼宇等一些具有特殊要求的场合提供能量,更能在植入式医疗中发挥其巨大的优势,具有重大的研究价值和良好的发展前景。本文以磁耦合无线能量传输技术为中心,着重从和能量传输效率有关的方面开展研究,推导多线圈耦合变压器模型,提出互感的计算方法以及设计阻抗匹配网络。主要研究内容如下:1、从耦合模理论体系、系统的能量传输方式以及等效电路模型分析三个方面阐述了磁耦合无线能量传输技术的基本原理,简述了系统工作相关的电磁学理论以及制作在电路板上的平面螺旋线圈(Printed Circuit Coil,PSC)的相关设计公式。2、从传统的两线圈能量传输系统的悬臂梁变压器模型着手将其扩展到多线圈系统耦合变压器理论模型的建立,分析针对植入式应用的情况时,耦合系数k12对四线圈系统传输效率的影响。3、研究线圈之间的互感计算,以任意位置两直线互感的计算方式推导出用于任意位置两线圈互感的计算公式,使用毕奥-萨伐尔定律推导出PSC线圈互感计算公式,考虑导线宽度和厚度的影响,通过实验和有限元仿真验证计算正确性并和已有算法做比较。4、基于二端口网络推导出最优效率和最优负载的计算公式,并以此为基础提出阻抗匹配网络,通过实验测试和不存在匹配网络的系统传输效率做分析比较。