磁耦合谐振式无线能量传输的自调谐技术研究

论文摘要

磁耦合谐振式无线能量传输作为一种新型能量传输方法,突破了传统电磁感应式无线能量传输距离仅为数厘米的限制,能在数米的距离范围内高效地传输电能,在嵌入式故障检测系统无线供电、移动终端设备无线充电等领域具有重要的应用价值。为了解决该技术实际应用时系统受干扰易失谐振的问题,本文对磁耦合谐振式无线能量传输的自调谐技术展开了深入研究,主要内容和结论如下:1、创新性地采用了基于功率波的方法对磁耦合谐振式无线能量传输系统进行建模与分析。针对建立的系统等效二端口网络模型,分析了系统的负载功率、功率增益,得到了使系统传输功率增益最大的功率匹配条件。对该功率匹配条件,采用MATLAB数值仿真方法进行了验证。2、在国内首次基于功率匹配条件提出了磁耦合谐振式无线能量传输系统的双端口自调谐方法:包括频率调节式与匹配网络调节式两种方法。对这两种方法的调谐原理与自调谐系统构成进行了深入研究,采用匹配网络调节式自调谐方法设计了实际系统的双端口自调谐与单端口自调谐电路。3、建立了磁耦合谐振式无线能量传输系统的仿真电路模型,改变模型参数来模拟实际系统失谐,利用所设计的双端口与单端口自调谐电路进行了系统自调谐仿真,对自调谐前后系统的传输功率增益进行了比较。仿真结果表明,利用所设计的自调谐电路能明显提高系统的传输功率增益,且双端口自调谐效果优于单端口自调谐。4、搭建了磁耦合谐振式无线能量传输实验系统,分别改变传输距离、负载阻抗使系统失谐,利用所设计的自调谐电路进行了系统自调谐实验,对自调谐前后系统的传输功率增益进行了比较。实验结果表明,本文提出的匹配网络调节式自调谐方法能使系统自适应距离、负载的变化而保持谐振,获得较高的传输功率增益,有效解决了实际系统受干扰易失谐的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 磁耦合谐振式无线能量传输技术研究现状
• 1.2.1 磁耦合谐振技术研究现状
• 1.2.2 自调谐技术研究现状
• 1.3 论文的研究思路及内容安排
• 1.3.1 论文的研究思路
• 1.3.2 论文的内容安排
• 第二章 基于功率波的磁耦合谐振式无线能量传输系统建模与分析
• 2.1 磁耦合谐振式无线能量传输机理分析
• 2.2 系统二端口网络建模与分析
• 2.3 基于功率波的系统建模与分析
• 2.3.1 系统等效二端口网络模型的功率波描述
• 2.3.2 系统负载功率定义
• 2.3.3 系统功率增益定义
• 2.4 磁耦合谐振式无线能量传输系统功率匹配
• 2.4.1 系统功率匹配定义
• 2.4.2 系统功率匹配验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于功率匹配的磁耦合谐振式无线能量传输系统自调谐方法
• 3.1 频率调节式自调谐方法
• 3.1.1 频率调节式方法调谐原理
• 3.1.2 频率调节式自调谐系统构成
• 3.2 匹配网络调节式自调谐方法
• 3.2.1 匹配网络调节式方法调谐原理
• 3.2.2 匹配网络调节式自调谐系统构成
• 3.3 实际系统的自调谐电路设计
• 3.3.1 系统双端口自调谐
• 3.3.2 系统单端口自调谐
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁耦合谐振式无线能量传输系统自调谐仿真分析
• 4.1 仿真模型构建与参数设置
• 4.2 传输距离变化时系统自调谐仿真
• 4.2.1 系统未调谐
• 4.2.2 系统双端口自调谐
• 4.2.3 系统单端口自调谐
• 4.3 负载阻抗变化时系统自调谐仿真
• 4.3.1 系统未调谐
• 4.3.2 系统双端口自调谐
• 4.3.3 系统单端口自调谐
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁耦合谐振式无线能量传输系统自调谐实验研究
• 5.1 自调谐实验系统构建
• 5.2 传输距离变化时系统自调谐实验
• 5.2.1 系统未调谐
• 5.2.2 系统双端口自调谐
• 5.2.3 系统单端口自调谐
• 5.3 负载阻抗变化时系统自调谐实验
• 5.3.1 系统未调谐
• 5.3.2 系统双端口自调谐
• 5.3.3 系统单端口自调谐
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果