四线圈电磁谐振式无线能量传输系统的研究与设计

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1、工程硕士学位论文四线圈电磁谐振式无线能量传输系统的研究与设计作者姓名万如工程领域集成电路工程校内指导教师吴朝晖副教授校外指导教师陈岳勇高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2014年12月ResearchandDesignofFour-coilWirelessPowerTransferSystemBasedonElectromagneticResonanceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WanRuSupervisor：Associat

2、eProf.WuZhaohuiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN4学校代号：10561学号：201221010148华南理工大学硕士学位论文四线圈电磁谐振式无线能量传输系统的研究与设计作者姓名：万如申请学位级别：工程硕士工程领域名称：集成电路工程校内指导教师姓名、职称：吴朝晖副教授校外指导教师姓名、职称：陈岳勇高级工程师论文形式：□产品研发□工程设计0应用研宄□工程/项目管理□调研报告研宄方向：专用集成电路设计与系统集成论文提交日期：年丨I月

3、^日论文答辩日期：>01孓年3月y曰学位授予单位：华南理工大学•学位授予日期：年月日答辩委员会成员：华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研宄成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含，何其他个人或集体已经发表或撰与'的成果作品。对木文的研九做出重要贝献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：7口期：年3月M口学位论文版权使用授权书木学位论文作者完全了解学校冇关保留、使用学位论文的规定，即匕研宄

4、生在校攻读学位期间论文丁作的知识产权单位属华南理工大学。学校冇权保存并向国家冇关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。木人电子文档的内容和纸质论文的内容相-致。木学位论文属十：□保密，在____年解密后适用本授权书。5^牵保密，同意在校园网卜.发布，供校内师生和与学校冇共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂忐社全文出版和编入CNKI《中国知识资

5、源总库》，传播学位论文的全部或邰分内容。(请在以卜.相应方框内打“V”）作者签名：Pffl：>015.^指导教师签名：V令口期：3.A摘要作为一项具有划时代意义的高新技术，电磁谐振式无线能量传输技术可实现电源与用电设备之间的完全电气隔离，能够推广到众多领域并实现通用化，与传统的有线传输方式相比，更加安全、可靠、灵活，满足了便捷性、灵活性、安全性生产及使用的需要。无线能量传输系统最重要的性能指标包括传输距离、负载功率和效率等，而系统中的谐振参数和工作参数均可影响到系统的性能，那么找到系统的最佳参数至关重要。本文将系

6、统参数分为两部分：谐振参数和工作参数。首先以两线圈结构的电磁谐振式传输系统为模型，研究谐振参数对系统性能的影响，得出最佳的谐振参数。在此基础上建立四线圈结构的电磁谐振式无线能量传输系统，研究工作参数对系统性能的影响，得出最佳的工作参数，具体研究步骤如下：首先，本文根据电磁谐振方式传输能量的特性，基于两个谐振线圈的传输系统，提出了将谐振参数分区比较的方式，在整个谐振参数平面上以参数组合的形式分析对负载功率和效率的影响，得到了串-串结构的最佳谐振参数，并且分析了谐振电感与谐振电容的比值对工作参数稳定域的影响；其次，在

7、最佳谐振参数的基础上，构建了包含四个谐振回路的电磁谐振式无线传输能量的结构，并且建立了负载功率模型和效率模型；最后，分析了系统的最佳工作频率，并研究了四线圈系统中效率的频率分裂现象，通过对效率模型的分析，得到了相邻两线圈间的耦合系数对效率的影响，同时也指出了四个谐振线圈每相邻两个线圈之间的最佳耦合系数。此外，为了提高电源的输出功率，研究了四线圈系统的电源谐振回路的阻抗匹配技术，得到了对应于本系统的倒L型阻抗匹配网络的参数表达式。根据对四线圈系统的谐振参数和工作参数的研究结果，用励兹线绕制了四个谐振线圈，并提出了包

8、含电源线圈和发射线圈的双线圈结构，有效地提高了系统的效率和传输距离，使系统稳定性更强。另外，采用D类功放，H桥的结构设计出了系统的驱动模块，完成了整个电磁谐振式无线能量传输系统的实验平台。对不同谐振参数和工作参数下的系统性能进行了测试，并对系统的测试结果进行了分析，验证了本文研究结论的正确性。在最佳参数下，测得该装置的最大传输距离为40cm，最大负载功率为13W，系统效率