基于磁谐振无线电能传输的电磁—机械同步共振系统研究

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1、中图分类号：TH122、TM15论文编号：102870516-S179学科分类号：080203硕士学位论文基于磁谐振无线电能传输的电磁-机械同步共振系统研究研究生姓名龚兴磊学科、专业机械设计及理论研究方向无线电能传输指导教师陈旭玲讲师南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonElectromagnetic-MechanicalSynchronousReson

2、anceSystembasedonMagneticCouplingResonantWirelessPowerTransmissionAThesisinMechanicalEngineeringbyGongXingleiAdvisedbyChenXulingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕±学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰

3、写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：《＾爲日期：占多為＾诗＾南京航空航天大学硕士学位论文摘要目前，微型管道机器人能量获取方式有导线供电与电池供电两种，很大程度上限制了管道机器人的工作范围。采用磁耦合谐振式无线能量传输技术进行无线供电，一方面接收端可以在一定范围内获取足够的功率，另一方面即使有微小位移也不会导致效率的急剧下降，

4、因此该技术成为对微型管道机器人供电的可行方式之一。本文针对超磁致伸缩材料(GMM)在微型管道机器人领域中的无线供电问题，展开基于超磁致伸缩材料和磁耦合谐振无线能量传输技术的电磁-机械同步共振系统的研究。本文的主要研究内容包括：（1）分析磁耦合谐振式无线电能传输系统的组成和工作原理，建立两线圈结构电容补偿电路漏感模型，研究不同补偿结构下耦合系数、负载品质因数以及谐振电容补偿系数对系统性能的影响，以此作为系统补偿方式的选择依据；（2）根据等效电路理论，建立多场耦合下GMM阻抗模型以及电-磁-机耦合下MCRWPT电路模型，研究系统发射线圈与接收线圈在空间不同相对位置下的传输特性；（3）超磁致伸

5、缩执行器结构设计，包括GMM棒尺寸、电磁结构、预压力系统以及冷却系统，构建其整体三维模型，并对主要部件GMM棒区域的磁场进行有限元仿真分析校核；（4）MCRWPT电磁-机械同步共振系统设计，包括逆变电路设计、驱动电路设计、耦合线圈结构的分析与设计以及谐振电容的设计；（5）搭建试验平台，通过试验结果与理论分析对比，验证GMM阻抗模型以及系统传输功率理论分析的正确性，提出通过高采样率、高精度的激光位移传感器对GMM棒高频振动位移进行实时采样与测量，证明MCRWPT电磁-机械同步共振的可行性。本文研究成果可为电能-机械能的传输、转换与控制提供一种解决方案，并为不易拖带电线的微型管道机器人供能提

6、供便利，具有重要的理论和应用价值。关键词：磁耦合谐振无线能量传输传输功率超磁致伸缩执行器电磁-机械同步共振I基于磁谐振无线电能传输的电磁-机械同步共振系统研究ABSTRACTMicro-piperobotsmadebygiantmagnetostrictivematerial(GMM)couldbepoweredbycableorbattery,whichlargelylimitstheworkingrangeofthepipelinerobots.Wirelesspowersupplycanberealizedbywirelesspowertransmissionbymagneticc

7、ouplingresonanance(MCRWPT).Firstly,thereceivercangetenoughpowerwithinacertaindistance.Secondly,evenaslightdisplacementdoesnotleadtoasharpdeclineinefficiency.Sothetechnologyhasbecomeoneofthefeasiblewaysofpowersupplyform