基于电磁谐振耦合无线能量传输系统分析与设计

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目基于电磁谐振耦合无线能量传输系统分析与设计学科专业电力电子与电力传动学号201121080503作者姓名李超指导教师李晓宁高工万方数据分类号密级注1UDC学位论文基于电磁谐振耦合无线能量传输系统分析与设计（题名和副题名）李超（作者姓名）指导教师李晓宁高级工程师电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电力电子与电力传动提交论文日期2014.10.29论文答辩日期2014

2、.11.4学位授予单位和日期电子科技大学2014年12月26日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据ANALYSISANDDESIGNOFWIRELESSPOWERTRANSMISSIONSYSTEMBASEDONELECTROMAGNETICRESONANCECOUPLINGAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:PowerElectronicsandPowerDrivesAuthor:LiChaoA

3、dvisor:LiXiao-ningSchool:SchoolofMechatronicsEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：李超日期：2014年10月29日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留

4、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：李超导师签名：李晓宁日期：2014年10月29日万方数据摘要摘要自从电能大规模应用以来，电能的传输一直都采用有线传输。随着各种用电设备的增加，各种电线和充电线路杂乱无章、电线间的接触故障和接触火花等导致有线传输的缺点越来越多；另一方面，各种电动汽车充电问题、电气化铁路供电问题、物联网的大规模应用以及矿井下不适合有线供电的需

5、求增多，导致人们开始寻找新的电能传输方式。迄今为止，电能的无线输送方式分为三种:电磁谐振耦合、电磁感应和微波方式。本文通过比较三种传输方式的优缺点，确定以电磁谐振耦合式无线能量传输为研究对象。磁谐振耦合能量传输范围仅限于磁场的近场，与微波和磁感应传输方式比较，磁谐振耦合效率适中、距离适中、功率适中。本文在理论分析的基础上，进行了无线能量传输系统设计，并通过制作实验装置进行了实验验证。首先从电磁谐振耦合的机理上进行梳理，从理论上分析了电路的电磁谐振性质和耦合性质；推导了功率和效率的计算表达式，从式中可以得到频率、直流电源电压、耦合系数、线圈特性、线圈之间距离和负载

6、特性等对能量传输的影响，得出了最大功率和最大效率传输条件。然后对无线能量传输系统进行了系统设计，从理论上计算了发射、接收电路参数，利用电磁场仿真软件FEKO、ADS、数学分析工具Matlab等对发射、接收电路进行了仿真计算，将仿真数据与理论数据分析比较，确定了发射、接收线圈的制作参数。最后设计制作了发射线圈、开关电路、驱动电路、信号源和低压电源，通过实际测量数据，对影响磁谐振耦合能量传输的制约条件逐个进行分析，验证无线能量传输的可行性。根据实验所得数据，分析了存在问题，提出了增加中继线圈来提高能量传输的措施，并从实验中验证了方案的可行性，实现了电能的小功率无线传

7、输。关键词：电磁谐振耦合，无线能量传输，无线电能I万方数据ABSTRACTABSTRACTSincethelarge-scaleapplicationofelectricpower,thetransmissionofpowerhasalwaysbeenwiredtransmission.Withincreasingvarietyofelectricalequipment,theshortcomingsofwiredtransmissionbecomemoreandmorebecauseofvariouswires,chaosofchargingcircuit,c

8、ontactfailur