磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与分析

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1、硕士学位论文磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与分析ModelingandAnalysisofWirelessPowerTransferSystemBasedonMagneticCouplingResonance作者：薛慧导师：刘晓文教授中国矿业大学二〇一五年六月中图分类号TD611学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与分析ModelingandAnalysisofWirelessPowerTransferSystemBasedonMagneticCouplingResonance作者薛慧导师刘晓文申请

2、学位工学硕士学位培养单位信息与电气工程学院学科专业信息与通信工程研究方向无线电能传输答辩委员会主席丁恩杰评阅人二〇一五年六月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢三年的时间转瞬即逝，认识恩师刘晓文教授和丁恩杰教授还是在本科的课堂上，现在想来，恍如昨日。从当时的敬佩仰慕到现在的门下弟子，庆幸自己很幸运。儒雅的气质，严谨的治学态度，谦虚踏

3、实的工作作风，两位老师在我求学期间给了莫大的帮助，师从几载，受益匪浅。感激之情，无以言表。非常感谢物联网研究中心的各位老师，让我有机会参与物联网示范工程，从中学到专业的知识，锻炼了科研实践的能力。尤其感谢王刚老师和胡延军老师对我参加比赛时提出的宝贵意见和建议。传承是一个很美妙的事情，实验室最好的优点就是传承。赵端师兄，既是我的师兄更是我科研路上的导师，感谢你仔细耐心的教导。已经毕业的刘虎、沈元元、邱玮炜、衡条条等师兄师姐给我树立了一个很好的榜样，并将他们自己的心得体会毫无保留传授给我，让我们在科研、工作中少走了很多弯路。谢谢同级的刘欢、张雷、李论、孙志峰、王存等

4、，和你们在一起，让我觉得求学路上的艰辛可以是这样的精彩，即使今后大家各奔东西，有了你们的回忆，让青春的日子这般美好，聚则光芒万丈，散则漫天繁星。谢谢项目组的刘晓明、王昕师兄，给我的论文提出了非常宝贵的意见。我很幸运，与同窗七年的杨欢、舍友王文娟、李菲菲，一起经历美好的年华，愿你们在以后的工作和生活中一切安好！我们能在茫茫人海中相遇相知也是一件美妙的事情。在我情绪低落、无奈痛苦时，感谢你陪在我身边，忍受我各种无理取闹。感谢父母一直以来无微不至的照顾和支持。感谢那些在百忙中抽出时间对我的论文进行指导的各位老师和专家，谢谢你们！摘要无线传感器网络在煤矿井下的应用极大提

5、高了煤矿井下的监测监控水平，而无线传感器节点由电池供电，其续航能力较低，严重影响了无线传感器网络的稳定性。目前，磁耦合谐振式无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)技术的大力发展，以其无需电缆、传输距离远和安全性高等优势，使利用该技术对无线传感器节点进行充电成为可能。本文首先简要介绍了WPT中两谐振线圈传输系统的基本原理，分析了其传输特性以及在应用中的不足。为了增大传输距离以及提高传输功率，建立了四谐振体传输结构的无线电能传输系统。利用电路耦合原理详细分析了四线圈传输结构的等效电路，得到接收功率和传输效率的数学表达式。仿真分析了影响接收

6、功率、传输效率的关键因素，得到接收功率和传输效率的最大值不能同时得到且频率对系统传输特性有较大影响。为降低频率对传输性能影响，在仿真分析的基础上对系统的电路结构进行了改进。根据实际应用需求，搭建了改进后的无线电能传输系统。对影响接收功率和传输效率的因素，传输距离和线圈偏离，进行了仿真和实测验证。仿真和实测表明，接收功率和传输效率不能同时达到最大值。本文所设计的传输系统，在传输距离为35cm时，可得最大接收功率5.6W；当传输距离为40cm时，可得最大传输效率75%。该论文有图44幅，表4个，参考文献64篇。关键词：耦合谐振；无线电能传输；无线传感器节点；频率稳定

7、性IAbstractTheapplicationofwirelesssensornetwork(WSN)cangreatlyimprovethemonitoringlevelofthecoalmine.However,thestabilityofwirelesssensornetworkisconstrainedbythebatterycapacityofwirelesssensornodes.Currently,thewirelesspowertransfer(WPT)basedonmagneticcouplingresonancehasbeendevelop

8、edrapidly.Th