一种共面式的多输出电压负载无关无线电能传输树网系统

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近几十年来,无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术相比于传统电能传输方式,以其安全、方便、高效等特点引起了国内外学者的广泛研究,其中又以磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT)技术备受关注。与感应式传输技术和辐射式传输技术不同,MCR-WPT技术在中短程距离上可以达到较高的传输效率,错位容忍度高,对人体无危害,更适合人们在日常生活中使用。随着用电设备的普及化和小型化,有限的体积限制了自带电池容量,人们对于充电需求与日俱增。并且用电设备在供电时,都需要有稳定的充电电压。能够为多个移动设备同时供电的多负载多中继无线电能传输组网结构,具有极高的实用研究价值。因此,多负载,负载独立和降低交叉耦合已然成为无线电能传输系统研究的三个新的方向。本文提出了一种共面式的多输出电压负载无关WPT树网系统,其主要研究内容包括以下几点:(1)简要阐述了关于MCR-WPT技术的主要理论分析方法:耦合模理论、滤波器理论和电路理论。介绍了系统中重要参数,并通过电路理论说明了它们对系统传输效率的影响。(2)介绍了所提出的MCR-WPT平面式树网系统结构,根据电路理论,分别从有无内阻损耗的角度详细地分析说明了树网系统所具有的电压负载无关特性,并利用ADS仿真软件和Mathematica计算软件对所提组网结构进行仿真分析,再次验证了组网系统的电压负载无关特性,并保证较高的系统效率。(3)利用Maxwell3D仿真软件对共面式三线圈系统进行仿真,研究分析了添加铁氧体板前后磁场变化情况,明确铁氧体板对磁场的聚拢效果。说明了铁氧体板在实验中对线圈之间互感的影响,确定铁氧体板所需的大致尺寸。分析线圈上的磁场分布,确定接收线圈的放置位置。(4)对MCR-PWPT树网系统的两种主要结构类型进行电路搭建和实验验证。成功实现了利用该组网结构对不同位置的负载进行充电,验证了多个不同阻值负载之间电压负载无关特性。
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