基于磁偶极线圈的多向多负载无线电能传输系统研究

作     者：刘晓波 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘明海

授予年度：2022年

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

主      题：无线电能传输 磁耦合谐振 多向传输 多负载 磁偶极线圈 

摘      要：无线电能传输技术相比于传统有线输电方式具有灵活便捷、电气隔离、安全可靠、环境适用性强等供电优势,极具广泛应用前景及实用价值。本文围绕传输距离、系统功效等技术指标,基于铁氧体磁芯提出了能够提高无线电能传输的传输功效、输电距离,实现多自由度及多端负载无线供电的磁偶极线圈多向多负载无线电能传输系统设计方案,主要研究工作及成果如下:1)基于四种磁谐振补偿拓扑特点,建立了磁偶极线圈系统的等效磁路及等效电路分析模型,探究了磁芯的机理特性,分析了磁偶极两线圈系统的传输功效及磁芯引入使系统效率提升的条件;推导了磁偶极线圈多端负载系统的传输功率、效率规律特性及最优负载匹配,为磁偶极线圈多向多负载无线电能传输系统设计提供理论指导。2)仿真探究了铁氧体磁芯对线圈的电磁增强效应及线圈相关自身结构参数对传输性能的作用规律,优化设计了一套能够实现360°范围多向传输的磁偶极线圈无线电能传输系统,实验结果表明:在传输距离为90 mm时能以平均93%的效率输出达到125 W的负载功率,传输距离为180 mm(即线圈绕组长度)时最优效率可达78%,且在较大偏移范围内,系统拥有较强的抗偏移能力。3)提出了能够实现多端负载无线输电、满足多种应用需求的磁偶极线圈多向多负载无线电能传输系统设计方法,测试结果表明:对称双端负载系统在200 mm以内传输时总效率超过80%;接收端轻小灵活的非对称四端负载系统传输距离为120 mm时总效率能够达86%;具备更多负载数量供电能力的环绕式九端负载系统满负载数量无线供电时,总效率可以达到76%,输出负载功率可超过60 W,说明设计的系统具有优良的多向传输特性和多端负载供电能力。本文设计的长棒型磁偶极线圈易于制备、空间利用率高便于实际安装,且系统可拓展性强、经济性高。研究工作为剖析磁偶极线圈型无线电能传输的电磁调控效应及促进多向多端负载无线电能传输技术的工程实用化提供了有益借鉴及经验指导。