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谐振型无线电能传输前端结构设计

谐振型无线电能传输前端结构设计

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作者：曹阳阳大连海事大学

学位级别：硕士

无线能量传输(WPT)是一种双端或多端非接触式实时能量传输技术,其不再要求接收设备与功率源进行物理接触,从而极大的简化了设备充电过程。由于其表现出的广泛的适用性及便捷性,以谐振型WPT为代表的无线电能传输技术在过去的十几年间迅... 详细信息

无线能量传输(WPT)是一种双端或多端非接触式实时能量传输技术,其不再要求接收设备与功率源进行物理接触,从而极大的简化了设备充电过程。由于其表现出的广泛的适用性及便捷性,以谐振型WPT为代表的无线电能传输技术在过去的十几年间迅速发展起来。然而目前其仍存在着工艺复杂、制备成本高、传输效率低下的问题,阻碍了无线电能传输技术的实用化进程发展。此外,随着种类众多的电子产品的广泛应用,现有的谐振型无线电能传输技术仍存在远程化、非同轴、共面化、分频化、可控化的需求,本文针对目前谐振型WPT技术所存在问题,对谐振型WPT前端耦合及传输结构展开相关研究及设计工作,具体内容包括:首先,针对远距离高效传输的非同轴、非共面WPT前端结构设计需求,提出了基于平行线耦合型开口环谐振器的桌面无线能量传输方法。建立了基于一阶模态磁谐振的电磁场耦合模型,探索了平行线耦合型开口环谐振器电磁能量传输机制,讨论了高介电圆盘对传输特性的影响,仿真及实验验证了所设计结构的可行性及高效性,发展了面向三维空间任意位置WPT的非规则传输路径DWPT前端结构设计方法。其次,针对DWPT系统可控性及避障性需求,提出了以可控集总器件进行场分布控制的单通道DWPT系统的传输特性可控方法。建立了DWPT前端结构等效电路模型,分析了系统一阶模态谐振频率的参数相关性,阐述了基于可控集总器件单通道DWPT系统场分布控制机理,建立了基于可控集总器件的DWPT传输特性控制模型,讨论了DWPT系统在不同应用场景下的跨障碍传输特性。然后,为解决WPT系统多方位接收需求,提出了多方位分时DWPT前端结构设计方法。建立了分布式及围绕式多方位DWPT系统前端结构传输机制,讨论了分布式WPT系统前端结构的传输通道数量限制;通过引入中心谐振环结构,搭建了可突破通道数量限制的围绕式多方位分时DWPT系统前端结构,发展了多方位DWPT系统分时传输控制结构。最后,为解决多通道同时无线电能传输的低效问题,提出了基于立体超材料的多频点DWPT系统前端结构设计及控制方法。通过对各通道分配不同工作频点,探索了双频点DWPT系统实现形式,讨论了负载线圈位置变化对传输特性的影响及可控特性,进一步设计了三频点DWPT系统前端结构。

关键词：超材料双耦合金属谐振环多通道传输磁耦合共振无线电能传输

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