磁耦合谐振式无线能量传输技术研究

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1、硕士学位论文磁耦合谐振式无线能量传输技术研究WIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEMUSINGMAGNETICCOUPLEDRESONANT王磊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM724学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文磁耦合谐振式无线能量传输技术研究硕士研究生：王磊导师：徐殿国教授副导师：张东来教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM724U.D.C:621

2、.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringWIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEMUSINGMAGNETICCOUPLEDRESONANTCandidate：WangLeiSupervisor：Prof.XuDianguoCo-supervisor:Prof.ZhangDonglaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Shenz

3、henGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要无线能量传输技术是一种以电磁场为介质的能量传输技术，主要包含三种方式：磁耦合谐振式、感应耦合式、微波辐射式，与后两者相比，磁耦合谐振式无线能量传输在中等距离、中等功率方面表现出良好的特性，具有重要的理论和实践价值。本文对磁耦合谐振式无线能量传输进行了建模分析。通过对两级线圈不同传输距离情况下效率评价指标

4、片面性的研究，提出了系统评价的综合指标：效率与距离乘积，综合评价指标能够同时兼顾系统的传输效率和距离。基于该综合评价指标可以对无线能量传输系统中的两级线圈的传输距离进行优化。采用该指标对系统的传输效果进行评价，使两线圈之间进行不同距离传输时兼顾了传输效率和传输距离。本文探讨了负载的变化对系统性能指标产生的影响。通过对系统模型的分析可知，负载参数变化降低了系统的性能指标。为了减弱负载变化对系统产生的不2利影响，将DC/DC变换器(直流变换器)作为负载调制结构引入E（E类逆变-E类整流）传输结构。通过调节DC/DC变换器占空比可实

5、现对不同负载电阻的调制，从而实现了将变化的负载电阻匹配到系统的最优负载电阻值。对不同的负载电阻实现匹配调制后，系统的输出功率和输出效率可以维持在比较高的传输水平。当负载变化时为了降低系统的复杂程度和维持系统正常工作，对标准型E类功率放大器参数进行了改进设计。通过对改进电路MOSFET漏源电压波形的分析，当扼流圈和MOSFET并联电容的谐振频率为1.5倍系统工作频率时，负载电阻的变化对MOSFET漏源电压波形的影响较小，因此MOSFET的软开关状态得以维持，电路可以继续正常工作。通过仿真和实验对本文的研究内容进行了验证。首先是两

6、线圈距离传输特性实验，基于综合评价指标，两线圈之间的最优传输距离为45厘米，效率为60%；其次为带阻抗匹配网络和不带阻抗匹配网络之间的系统性能对比实验，阻抗匹配网络条件下的性能指标明显优于不带阻抗匹配网络的；最后验证了参数改进型E类功率放大器相比于标准型E类功率放大器在负载变化时可以维持正常工作。2关键词：磁耦合谐振；E类整流；负载调制型E传输结构；参数改进型E类功率放大器-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWirelesspowertransmissiontransferredbymagneticandele

7、ctricfieldsisanewkindofpowertransmissiontechnology.Itconsistsprimarilyofthreeways:magneticallycoupledresonance,electromagneticinductioncouplingtype,microwavetype.Comparedwiththelattertwo,magneticallycoupledresonantwirelessenergytransferexhibitgoodcharacteristicsinin

8、termediatedistances,mediumpowertermsandithasimportanttheoreticalandpracticalvalue.Inthisthesis,magneticallycoupledresonantwirelesspowertra