磁耦合谐振式无线电能与信息同步传输技术研究

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1、硕士学位论文磁耦合谐振式无线电能与信息同步传输技术研究WIRELESSPOWERANDDATASYNCHRONOUSTRANSMISSIONTECHNOLOGYBASEDONMAGNETICRESONANCE王洋哈尔滨工业大学2015年6月-I-国内图书分类号：TM724学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文磁耦合谐振式无线电能与信息同步传输技术研究硕士研究生：王洋导师：朱春波教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月28日授予学位单位：哈尔滨工业大学-II-Classified

2、Index:TM724U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringWIRELESSPOWERANDDATASYNCHRONOUSTRANSMISSIONTECHNOLOGYBASEDONMAGNETICRESONANCECandidate：WangYangSupervisor：Prof.WeiguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：Dept.of

3、AutomaticTestandControlDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-III-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在众多应用中，不仅需要电能的无线传输，同时还要求系统具有实时通信能力。近场通信技术日趋成熟，而无线能量传输技术正处于发展阶段，现已在小型家电中有了实际应用。同样工作在近场的近场通信与无线能量传输技术在传输机理上具有非常高的相似性，因此将二者结合可实现具有信息价值的能量进行无线传输，使被充电设备无线返回相关测量信息或反馈

4、闭环控制信号。本文集中于研究磁耦合谐振式无线电能与信息同步传输技术在主轴轴向力及扭矩检测系统中的应用，重点针对低功率近距离的电能传输与信息回传技术的原理、系统设计及特性进行分析研究。首先对无线电能传输系统的基本理论进行推导分析，利用互感耦合模型的一系列公式，计算电能传输效率以及负载吸收功率函数关系式，并引出反映阻抗的概念。理论计算可以优化电能传输系统的设计并有效地指导实际系统的搭建。分析近场通信原理，利用电磁感应计算公式研究其负载调制的通信方式。在此基础上研究具有信息价值的无线电能传输系统的理论模型，以实现在设备之间耦合的低功率、非传播的准静态场内进行无线电能与信

5、息的同步传输。其次根据实际应用背景对无线电能与信息同步传输系统进行了硬件设计：通过建模仿真确定系统补偿结构以及其整体设计；设计功率放大器，由逆变电路和与其配置的驱动模块以及外围缓冲电路组成；针对主轴传感器的特殊性，设计满足结构要求的耦合结构，并在此基础上优化线圈结构，通过仿真软件的仿真计算验证耦合系数的提高；在实现无线电能传输基本系统的基础上设计通信电路，其中包括负载调制以及信息解调电路；完成系统原端、副端控制电路设计。最后以主轴安全检测系统为研究对象设计搭建实验平台，并以此平台实现非接触式电能与信息的同步传输技术。给出了系统整体实验，并进行了系统侧移实验分析；分

6、析通信速率与包络质量，其中系统设计要求通信速率在0.5~1kbit/s之间，工作频率为50kHz，无线传输距离在4mm-20mm之间。实际设计中，能量和信息传输共用同一耦合机构，可简化系统设计以及避免传输过程中的相互干扰。关键词：同步传输；补偿结构；负载调制；耦合机构；近距离传输-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCurrently,therearemanyareasinwhichthecombinationofwirelesspowertransmission(WPT)technologyandthenearfieldcommunication(

7、NFC)isrequired.TheNFCtechnologydevelopsfasterthantheWPTwhichhasbeenonlyusedinsomesmallhouseholdappliances.TheNFCtechnologyworksinthenearfieldregionandsharesmanycommontheoriesandmodelswiththeWPT,sotheycancombinetogetherandmakethesystemofWPTreturnbacktheinformationorthefeedbackcontrolsi

8、gnal.