磁谐振耦合无线能量传输机理及实验装置研究

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1、劣臻)p夕l犬硕士学位论文磁谐振耦合无线能量传输机理及实验装置研究StudyontheMechanismandprototypeofMagneticResonanceCouplingWirelessEnergyTransmission作者：杜秀导师：王健强北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通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，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同

2、意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：杠磊导师签名：可嘭矽签字日期：2D竹年3月弓lEt签字日期：20I中年3月弓1日中图分类号：TM938UDC：621．3学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文磁谐振耦合无线能量传输机理及实验装置研究StudyontheMechanismandprototypeofMagneticResonanceCouplingWirelessEnergyTransmission作者姓名：杜秀导师姓名：

3、王健强学位类别：工学学号：11121588职称：副教授学位级别：硕士学科专业：电力电子与电力传动研究方向：新能源北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师王健强副教授的悉心指导下完成的。王健强老师理论知识渊博、工作经验丰富。导师严谨的治学态度、科学的工作方法和平易近人的态度在学习和生活上给了我极大的帮助和影响。导师为我研究生期间的学习和科研工作付出了巨大的精力和心血，在此衷心感谢两年来王健强老师对我的关心和指导。姜久春教授十分重视实验室的科研工作，在科研条件和学习交流上都给予了我很大的关心和帮助，

4、在此向姜久春老师表示衷心的谢意。张维戈副教授、李景新老师、牛利勇老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，黄帆、李研、陆其龙等学长给予了我很大帮助，在此向师兄与师姐们表达我的感激之情。在学习和生活中，我的同学们也给予了我很多的帮助，在此感谢邓红霞、程鹏天、王小强、王玉坤等实验室的同学，还有吕超、白娇娇、袁嫒等师弟师妹们的帮助。最后，我要感谢张浩同学及我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要磁谐振耦合式无线能量传输技术作为一种新型

5、能量传输技术是近年来国内外科研机构的研究热点。该技术通过谐振线圈在特定工作频率下产生变化的高频磁场。当不同谐振线圈产生的磁场频率相同时，磁场发生共振，形成共振能量传输通道，实现能量的无线传输。相对于传统感应无线能量传输方式，其能量传输距离更远，且传输方向不受限制，因而具有更广阔的应用前景。本文的研究内容包括磁谐振耦合无线能量传输基本原理分析，小型无线能量传输装置设计，影响能量传输的关键因素分析，系统各级效率分析等。基于上述理论分析，重点研究了一种优化的谐振线圈。本文首先建立了磁谐振耦合式无线能量传输的数学模型

6、，应用耦合模理论和电路理论的方法分别对系统进行了理论分析和计算，分析了系统的基本工作原理和能量传输通道；并且用MATLAB软件计算了谐振线圈的电压和电流，验证了所建等效电路模型的正确性。谐振线圈是磁谐振耦合技术中的关键单元。本文比较了常见的平面螺旋型和圆柱型线圈的结构和磁场分布特点，采用平面螺旋型线圈作为谐振线圈。给出了平面螺旋型谐振线圈的一种优化设计方法——传输线模型法，包括结构参数优化设计、等效集总参数建模分析及计算。并将此算法用MATLAB程序实现，计算得出谐振线圈的等效电路参数和谐振频率；设计并制作了

7、两个结构参数完全相同的平面螺旋型线圈，测量了其等效电路参数和本征频率，实测值与程序计算值误差在10％以内。本文按照磁谐振耦合式无线能量传输的系统设计要点，以及谐振线圈频率、线圈空载品质因数、线圈之间的能量传输效率、系统整体传输效率、系统最远能量传输距离等评价指标，利用所设计线圈完成了一个小型磁谐振耦合式无线能量传输装置，并对该装置的电压电流波形、功率曲线等系统参数和实际工作效率进行了测试和计算，得到了系统能量传输效率与关键影响因素之间的关系曲线。实验表明，该装置在50cm距离下可以隔空点亮15W灯泡，系统整机

8、效率达62％。关键词：无线能量传输；磁谐振耦合；谐振线圈；谐振频率分类号：TM938VABSTRACTAsanewformofwirelessemrgytransmissiontechnology,magneticresorlancecouplingwirelessenergytransmissionhasattractedincreasinginterestsaroundtheworld．Byge