面向便携式电子设备的无线电能传输研究.pdf

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1、第48卷第10期电力电子技术Vo1．48，No．102014年1O月PowerElectronicsOctober2Ol4面向便携式电子设备的无线电能传输研究宋俊霖，刘宜成，赵耀，吴星(四川大学，电气信息学院，四川成都610065)摘要：基于耦合模理论研究了强磁耦合谐振技术应用于便携式电子设备无线电能传输的可行性。结合理论分析结果．设计并制作出便携式电子设备大小的平面螺旋电感，构造高品质因数值谐振体。根据系统阻抗随谐振体之间距离变化的特点，设计出4线圈结构的系统拓扑以实现系统阻抗匹配。搭建实验平台，测试系统传输特性，实验结果表明系统在一定

2、距离内传输效果良好，实现了中距离的无线电能传输，证明了系统设计的可行性。关键词：无线电能传输；强磁耦合谐振；阻抗匹配中图分类号：TM72文献标识码：A文章编号：1000—100X(2014)10—0064—03ResearchonWirelessPowerTransmissionforPortableElectronicDevicesSONGJun—lin，LIUYi-cheng，ZHAOYao，WUXing(SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Thefeasibilityofus

3、ingstrongmagneticresonancecouplingtechnologyforwirelesspowertransmissionforportableelectronicdevicesisanalyzedbasedonthecoupledmodetheory．Combinedwiththeoreticalanalysis，thepla—BarinductorswiththesizeofportableelectronicdevicesaredesignedandmadeandthehJighqualityfactorres

4、onatorsareconstructed．Astheimpedanceofthesystemchangeswhenthedistancebetweentheresonatorsvaries，thefourcoilsstructureisdesignedtomatchtheimpedanceofthesystem．Theexperimentplatformissetuptotestthetrans—missioncharacteristicsofthesystem．Theexperimentalresultsshowthatthesyst

5、emisofgoodtransmissioneficiencywithinacertaindistance．Themid—rangewirelesspowertransmissionissuccessfullyimplementedandthefeasibilityofthesystemdesignisproved．Keywords：wirelesspowertransmission；strongmagneticresonancecoupling；impedancematching1引言2强磁耦合谐振理论分析强磁耦合谐振式无线电能传输技术

6、的提出为强磁耦合谐振的基本原理可用耦合模理论解无线电能传输带来了新的突破f1]。近几年，国内外释【。如图1所示，基于耦合模理论，将源谐振体对强磁耦合谐振式无线电能传输技术进行了广泛和目标谐振体的模式幅度分别用两个复变量a，研究【。但对该技术在便携式电子设备无线电能a2表示，进一步可以将两谐振体的能量归一化为传输进行的研究还较少。文献[3】提出了一种以平lI，并且满足如下方程组：面螺旋电感为基础的无线电能传输系统。该系统da1／dt=一i(1一iF1a1+iKa2，daddt=一i(2一1"2)c~+iKa1(1)采用双线圈结构，并未对阻抗

7、匹配进行优化。采用式中：，∞为两谐振体的固有频率；，。，为谐振体的固4线圈结构。可通过调整源端与负载端的电磁感有损耗率；K为系统的耦合系数。应强度实现阻抗匹配，进而提高传输效，率【。此处从耦合模理论出发．对强磁耦合谐振式，O-一一一～、O。无线电能传输技术进行理论分析．探讨该技术在Ll，C1，L2，C2，小尺寸电子设备中应用的可行性。针对两谐振体图1耦合模理论模型结构无法实现阻抗匹配的缺陷，提出4线圈系统Fig．1Thecoupledmodetheory结构。设计并制作出便携式电子设备大小尺寸的由式(1)求解耦合系统的固有频率，方程组获平

8、面螺旋电感。通过实验测试了系统在不同距离、得非零解的必要条件为方程行列式为零，对于两不同频率的传输特性。个相同的谐振体，有∞。=∞=60。和F。==，，由此定稿日期：2014—02—28可得：