高效谐振式无线电能传输系统研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenshicai2009
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伴随科技的进步与发展,各式电子产品出现,如手机、平板电脑、电动汽车、医用植入器件等领域的不断发展,对电能的供应方式提出了新的需求,传统有线式已很难满足,谐振式无线电能传输技术应运而生。目前,在谐振式无线电能传输领域,虽然谐振子系统能够以90%左右的效率进行功率传输,碍于为其提供高频功率的功率源效率普遍很低,导致系统的整体传输效率极低,甚至难以达到20%[1-2],系统的整体低效无疑限制了谐振式无线电能传输技术的推广应用。系统效率与两部分有关:一、功率源转换效率;二、谐振子系统传输效率。为此,本文以实现谐振式无线电能传输系统高效为目的,分析得到了谐振子系统传输效率最佳谐振频率点,以传输效率最佳谐振频率和转换效率为参考,为谐振子系统选择功率源,并完成了系统的设计制作,得到了高效的新型融合系统,并在此基础上,分析了线圈电阻对系统传输效率的影响,进一步提升系统传输效率,为设计完整高效的谐振式无线电能传输系统提供了理论依据。  本文对常见的谐振式无线电能传输系统进行了模型建立,推导了系统功率、效率等关键参数与系统结构参数的关系,并分析了几类谐振器参数计算方式,经比较,选择了SS结构两线圈系统为研究对象,为获得整体高效的系统,以传输效率最佳谐振频率和转换效率为主要参考,为文中参数确定的谐振子系统选择了E类功放作为功率源,并对所选E类功放的特点、原理及其效率进行了分析。  在完整系统的制作过程中,依据E类功放与两线圈结构谐振子系统的特点,对E类功放与谐振子系统进行滤波融合,形成了E类功放谐振式无线电能传输融合系统。分析了系统的电路结构,得出了关键参数与系统结构参数的关系,运用MathCAD对关键参数进行了仿真,设计、制作和测试了小功率原型系统,其谐振系统部分传输效率高达90%,融合系统整体传输效率也达到了64%,与之前20%的整体效率相比,获得了较大的提高。测试过程中,输出功率最大为3.33W,传输距离最大为0.25m,工作频率最大为1.58MHz。  为进一步提升融合系统传输效率,分析了接收线圈电阻R2和发射线圈电阻R1的减小对提高系统最佳传输效率的影响,发现R2的减小比R1对提高系统最佳传输效率作用更大,然后分析比较了减小线圈高频电阻方式的优劣,提出了更合理的线圈选材方案,从而高效提升系统最佳传输效率,并通过实验得到了验证。
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