磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计

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1、学校代码：密级：公开如交道乂硕士学位论文磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计作者姓名吕超学科专业电气工程指导教师王健强副教授培养院系电气工程学院二零一五年三月硕士学位论文磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计作者：吕超导师：王健强北京交通大学年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、汇编以供査阅和借阅。同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

2、用本授权说明）学位论文作者签名：；导师签名：签字日期：年？月乂日签字日期：年月曰屮阁分类士学校代码：：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计±作者姓名：学号：导师姓名：副教授：王健强职称学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：新能源：电气工程研究方向北京交通大学年月致谢本论文的工作是在导师王健强副教授的悉心指导下完成的，王老师理论知识渊博、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。王老师对我研宄生期间的学习、科研、工作方面付出了巨大的精力和心血，在此衷心感

3、谢王健强老师这两年以来对我的关心和指导。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，在此向姜久春老师表示衷心的谢意。牛利勇、李景新、张彩萍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。同时在实验室工作及撰写论文期间，周路遥、杜秀、邓红霞、程鹏天等学长学姐给予了我很大帮助，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，在此感谢白娇娇、孙爱国、王硕等实验室的同学，还有袁园师妹的帮助。最后，我要感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我

4、的学业。中文摘要中文摘要磁耦合无线能量传输作为一种新兴技术，近年来受到广泛关注，在智能家居、便携式电子设备和轨道交通等领域都有广阔的应用前景。磁耦合谐振的基本原理是高频电源的工作频率和发射、接收线圈固有谐振频率相同时，通过近场的电磁场进行能量交换，就可以实现中远距离、高效率的无线能量传输。为了进一步提高系统的传输性能，本文针对耦合线圈进行了优化分析和设计，重点研宄目前常用的圆形、矩形平面螺旋线圈。首先采用电路理论建立等效模型，分析能量传输过程、最大传输效率和最大输出功率，得出影响系统传输性能主要因素是线圈耦合系数和品质因数。为了分析线圈耦合，通

5、过部分元等效法建立了两种线圈的数学模型，并给出它们互感的数值解析式，采用有限元分析绘制出线圈周围磁场强度分布情况，便于找到接收线圈的最佳位置和角度。为了提高耦合线圈间的互感，本文选择在线圈下方铺设平板型磁芯，针对磁芯和线圈不同相对位置的四种情形，采用静磁场镜像法分析了磁平面对线圈互感的影响，并通过仿真得到了有限大磁平面的镜像模型，为实际应用提供了理论依据。本文采用开路电压法对线圈互感进行了测量，测试了不同频率对线圈互感以及相位特性的影响，对比分析了两种平面线圈在不同传输距离下互感的变化，验证了线圈镜像法分析的正确性，在同等规格的情况下矩形平面线

6、圈显然比圆形有更好的耦合性，同时线圈两侧铺设磁平面对于线圈互感的提升最大。最终，根据优化结果制作了传输装置，测量结果表面线圈的耦合系数有了明显提高。实际测试优化前后两组线圈的频率特性和传输效率，结果表面线圈的传输性能有了明显改善。在传输距离下系统整体传输效率为左右，输出功率为。最后利用仿真线圈正常工作时对周围电磁环境的影响，结果表明汽车的金属底盘起到了一定的屏蔽作用，可以在充电过程中对车内人员起到很好的保护作用。关键字：无线能量传输、线圈优化、平板型磁芯、镜像法、互感测量分类号：ABSTRACTABSTRACTMagneticcouplingr

7、esonancewirelesspowertransmissionasanemergingtechnologyhasattractedmuchattentioninrecentyears.Ithaswideapplicationprospectsfortheintelligenthomesystem,portableelectronicdevicesandrailtransportationarea.Thebasicprincipleofthemagneticcouplingresonanceisthatwhentheoperatingfreq

8、uencyofhighfrequencypowersupplyandtheinherentfrequencyofthetransmissioncoil