磁耦合中距离无线能量传输技术研究

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无线能量传输技术的出现与发展,极大地改变了人们的生产生活方式,越来越多的电子、电器、工业设备摆脱了传统的有线充电模式,使得各种用电设备的使用场景得到进一步的扩展,解决了一些因物理上无法接触而无法进行充电的难题。因而,无线能量传输技术有着很好的发展前景。本文主要研究中距离下无线能量的传输问题,这是传输距离相当于收发线圈几倍尺寸的情况,主要利用收发线圈在谐振近场的相互耦合进行能量传输,本论文的主要研究工作和创新点如下:  首先,介绍了无线能量传输的研究背景和研究现状,总结了无线能量传输技术的关键技术与未来发展趋势。  其次,分析比较了用于研究近场感应耦合模式的三个理论,即电路理论,耦合模理论和二端口网络理论。用公式推导验证了电路理论和耦合模理论的内在一致性,分析了二端口网络理论的简洁直观性,并推导了二端口理论模式下系统传输性能参量的表达式。  此外,本文对螺旋谐振线圈的磁场分布特性做了分析研究,总结归纳了线圈的磁场强度、凹凸性、随角度与中心轴变化和随线圈半径变化的规律,分析了线圈尺寸、位置的变化对磁场产生的影响;并用二端口网络理论分析了两线圈输能系统,得出了系统传输效率随传输距离的变化规律;提出了一种在两线圈传输系统上加载可灵活变化的阻抗匹配网络的方法。  最后,本文提出了一种在收发线圈中引入反向回路的设计方法。通过改变端口位置在线圈中引入方向相反的电流,由于磁场的相互抵消作用,引入反向电流后会改变线圈总体磁场的凹凸性,使得线圈磁场分布更为平缓,系统传输效率变化幅度变小,增加传输的稳定性。理论分析与仿真计算表明,与普通传输线圈相比,本文提出的设计方法确实能够改善磁场分布特性,在一定传输范围内提供更加稳定的传输效率。
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