磁耦合諧振無(wú)線能量傳輸線圈系統(tǒng)特性分析與優(yōu)化研究.pdf

1、無(wú)線能量傳輸（Wireless Power Transfer，WPT）系統(tǒng)在嵌入式醫(yī)學(xué)、便攜式移動(dòng)通訊設(shè)備、電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸技術(shù)（Wireless Power Transfer via Magnetic Resonance Coupling，WPT/MRC）是一種新興的WPT技術(shù)。目前，WPT/MRC技術(shù)主要研究目標(biāo)是如何增加WPT/MRC系統(tǒng)的傳輸距離，以及如何提高系統(tǒng)傳輸效率。本文主要針

2、對(duì)WPT/MRC線圈系統(tǒng)，在分析其傳輸特性的基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)提高系統(tǒng)傳輸效率與增加系統(tǒng)傳輸距離。
　　串聯(lián)諧振耦合模型與并聯(lián)諧振耦合模型是兩種WPT/MRC線圈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。串聯(lián)諧振耦合模型傳輸效率高但傳輸距離近，并聯(lián)諧振耦合模型傳輸距離遠(yuǎn)但傳輸效率低。混合諧振模型相對(duì)于串聯(lián)諧振耦合模型，可以在傳輸效率下降不多的情況下，傳輸距離有很大的增加；相對(duì)于并聯(lián)諧振耦合模型，可以在傳輸距離減小很小的情況下，傳輸效率有很大的提

3、高。因此本文對(duì)混合諧振耦合模型的傳輸特性進(jìn)行探究，完成工作如下：
　　（1）分析WPT/MRC線圈系統(tǒng)的基本電路結(jié)構(gòu)、測(cè)試方法及關(guān)鍵影響因素，其中包括：兩種基本諧振電路，Matlab仿真實(shí)驗(yàn)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)驗(yàn)中用到的二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)測(cè)試方法，以及耦合系數(shù)及激勵(lì)源頻率對(duì)WPT/MRC系統(tǒng)傳輸效率的影響；
　?。?）采用集中參數(shù)等效電路方法，分析串聯(lián)諧振耦合模型與并聯(lián)諧振耦合模型的系統(tǒng)傳輸函數(shù)，比較兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)；
　

4、?。?）探究混合諧振耦合模型的傳輸特性，并與串聯(lián)諧振耦合模型和并聯(lián)諧振耦合模型在傳輸效率與傳輸距離上進(jìn)行對(duì)比。探究通過(guò)調(diào)節(jié)混合諧振耦合模型串并聯(lián)電容比例的方法，來(lái)達(dá)到增大系統(tǒng)傳輸距離或提高系統(tǒng)傳輸效率的目標(biāo)；
　?。?）分別通過(guò)Matlab軟件的數(shù)值仿真，矢量網(wǎng)絡(luò)分析測(cè)試和燈泡負(fù)載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證混合諧振耦合模型相對(duì)于另兩種模型在增大傳輸距離與提高傳輸效率上的優(yōu)勢(shì)。
　　通過(guò)對(duì)混合諧振耦合模型的探究得到如下結(jié)論：
　　（1）通

5、過(guò)調(diào)節(jié)混合諧振耦合系統(tǒng)串并聯(lián)電容比例的方法，可以使混合諧振耦合系統(tǒng)相對(duì)于串聯(lián)諧振耦合系統(tǒng)在傳輸效率降低約10％的情況下，傳輸距離增大10倍；相對(duì)于并聯(lián)諧振耦合系統(tǒng)在傳輸距離減小不到一半的情況下，傳輸效率提高20%。因此混合諧振耦合系統(tǒng)可以解決串聯(lián)諧振耦合系統(tǒng)傳輸距離近的問(wèn)題，與并聯(lián)諧振耦合系統(tǒng)傳輸效率低的問(wèn)題；
　　（2）通過(guò)調(diào)節(jié)混合諧振耦合系統(tǒng)兩側(cè)或單側(cè)串并聯(lián)電容比例的方法可以較大或較小地調(diào)整系統(tǒng)傳輸距離與傳輸效率。在實(shí)際應(yīng)用中