基于磁MIMO的无线能量传输系统研究

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1、广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)基于磁MIMO的无线能量传输系统研究曹志强二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111503011广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)基于磁MIMO的无线能量传输系统研究曹志强指导教师姓名、职称：李光平副教授学科(专业)或领域名称：信息与通信工程学生所属学院：信息工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScience（M

2、asterofEngineeringScience）ResearchonWirelessPowerTransferSystemBasedonMagneticMIMOMasterCandidate:CaoZhiqiangSupervisor:Prof.LiGuangpingMay2018SchoolofInformationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要磁共振耦合无线能量传输是近年来发展起来的一项新兴前沿供电技术，该技术

3、不但解决了有线能量传输不便携性的问题，也克服了磁感应和微波辐射无线能量传输的固有缺点，成为学术界和工业界的研究热点。其原理是通过发射线圈和接收线圈磁场耦合共振的方式来实现能量的无线传输。单发射线圈的磁共振耦合无线能量传输系统往往要求发射端和接收端对齐，且传输功率随距离衰减很快，在位置和距离上限制了系统的实际应用。本文利用磁MIMO技术设计了一个双发射线圈单接收线圈的无线能量传输系统。文章主要研究工作如下：首先对磁共振耦合无线能量传输系统进行了理论分析，推导了系统的频率响应，耦合系数等特性。结合二端口网络的分析方法对系统进行了直观分析，推导了二端口理论

4、下系统传输性能参数的表达式。利用多输入多输出的概念提出介绍了磁MIMO系统。其次，提出了一种利用改变发射线圈电流相位的调节方法来控制磁场波束在接收端的叠加，实现能量的高效传输。通过COMSOL软件进行电磁仿真验证了方案的可行性。具体地介绍了自适应相位调整原理，给出了一种实时测量阻抗的方法。本文详细的介绍了阻抗匹配的原理以及分析了磁共振耦合无线能量传输系统中的阻抗匹配。在电路理论基础上推导并提出了一种双发射线圈的阻抗匹配方法。依据这种方法设计了一种自动阻抗匹配网络，并给出了相应的实现方法及其控制流程。最后，本文设计制作了一个运行在6.78MHz频率下的

5、系统样机，包括双发射线圈的发射端平台和多个不同负载的接收端。对整个系统每个子模块的原理和制作选型做了详细的介绍。实验室样机分别对本文提出的两种提高传输功率的方法进行了距离和位置测试，测试的结果显示两种方法都可以有效的提高接收功率的大小，本文设计的无线能量传输装置可以稳定高效的运行。关键词：磁共振耦合；无线能量传输；相位自适应；阻抗匹配；磁MIMOI广东工业大学硕士学位论文AbstractWirelesspowertransferbasedonmagneticresonanceisanewfrontierinpowersupplytechnologie

6、sdevelopedinrecentyears.Thetechnologynotonlysolvestheproblemofwiredenergytransmissionportability,butalsoovercomestheinherentshortcomingsofmagneticinductionandmicrowaveradiationpowertransfer.Ithasbecomeahotresearchsubjectintheacademicandindustrialfields.Theprincipleofthatistotra

7、nsmitthepowerthroughthewayofmagneticresonancebetweenthesourcecoilandthedevicecoil.Asingle-coilmagneticresonancewirelesspowertransfersystemoftenrequiresthatthesourcecoilmakesanexactalignmentwiththedevicecoil,andthetransmissionpowerattenuateswiththedistanceveryquickly,thuslimitin

8、gthepracticalapplicationofthesystem.BasedontheMIMOtech