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一种低轮廓的动态多负载恒压输出无线电能传输系统

一种低轮廓的动态多负载恒压输出无线电能传输系统

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作者：徐亚飞南昌大学

学位级别：硕士

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的出现,实现了在接收器和发射器之间无接触的情况下传输电能,在人们生活、工作和生产领域中,开始展现出强大的潜力。该技术已广泛应用于便携式电子设备、医疗植入物和电动汽车等领域,其... 详细信息

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的出现,实现了在接收器和发射器之间无接触的情况下传输电能,在人们生活、工作和生产领域中,开始展现出强大的潜力。该技术已广泛应用于便携式电子设备、医疗植入物和电动汽车等领域,其中多数采用磁耦合谐振无线电能传输(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT)技术。传统的MCR-WPT技术一般通过单个发射机向单个接收机传输电能,然而,许多应用需要同时为多个负载供电且保持稳定的电压。本文提出了一种低轮廓的动态多负载恒压输出无线电能传输系统,该系统可以通过增加中继线圈为远距离的多个接收器供电,并且接收线圈两端的输出电压并不会随着接收器阻值的变化而变化,具有负载无关恒压输出特性。同时系统中某个或多个接收器放入和移出时,对其它接收器并不产生影响,具有高自由度和逐段扩展的特性。主要研究内容如下:(1)简要阐述三种常见的WPT技术,以及MCR-WPT技术的原理及模型,然后对最大传输效率和最大输出功率的传输效率进行公式推导,最后对互感和耦合系数对系统传输效率的影响进行了分析。(2)利用基尔霍夫理论知识,推算出系统三负载结构的归一化电路模型,并利用Mathematica计算软件、K变化理论知识和ADS仿真软件对负载无关恒压输出特性、接收线圈移除可行性、中继线圈上方增加多个接收线圈可行性进行理论分析和仿真验证,最后考虑到外界环境以及线圈之间的损耗对系统的影响,提出了一个负载动态范围。(3)搭建了两台和三台接收机的实验平台,得到的测量结果与理论分析基本吻合,验证了系统的动态负载恒压输出特性。通过在相邻共面线圈的上下两侧放置铁氧体板,使相邻线圈的主耦合系数要远远大于非相邻线圈的交叉耦合系数,从而提高了系统的功率传输效率(Power Transmission Efficiency,PTE)。两台和三台接收机的最大测量PTE达到94.1%和90.3%。

关键词： MCR-WPT 动态多负载逐段扩展恒压输出

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