论文一种磁耦合谐振式无线电能传输系统是关于本文可作为磁耦合谐振方面的大学硕士与本科毕业论文磁耦合谐振式无线传能论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要：
针对传统的由发射-接收线圈组成的磁耦合谐振式无线能量传输系统存在的传输距离短、远距离传输效率低的缺点,提出了一种以单中继的三线圈模式为基础,在中继线圈和接收线圈之间加入磁芯的方案.利用电路理论建立三线圈电路模型,推导出传输效率数学表达式,并对在中继线圈和接收线圈之间加入磁芯的传输系统进行仿真分析,确定出平板磁芯可以有效地提高系统传输距离及传输效率.最后通过实验研究,验证了所提方案的可行性.
关键词：
磁耦合谐振；三线圈模式；平板磁芯；传输效率
DOI：10.15938/j.jhust.2017.02.011
中图分类号： TM724
文献标志码： A
文章编号： 1007-2683（2017）02-0055-06
Abstract：
In order to extend the transmission distance and improve the transmission efficiency of the traditional wireless power transmission （WPT） system composed with the transmitting and receiving coil resonators based on magnetic resonance coupling, we proposed an effective method to add a magnetic core between repeating coil and receiving coil based on the single repeating three coils mode. This paper deduced a mathematical expression of the transmission efficiency, and built a model by the circuit theory, and also simulated the transmission system added with the magnetic core between repeating and receiving coil. Then we selected the flat magnetic core for test. At last, we verified the feasibility of the proposal by actual experiment.
Keywords：magnetic resonance coupling； three coil mode； planar core； efficiency
0引言
近年来,随着科学技术的发展,无线电能传输技术得到了广泛的应用[1-3].尤其在2007年,麻省理工学院的Marin Soljacic教授提出了磁耦合谐振式无线电能传输技术,利用磁场的近场耦合原理,通过构建两个半径为30cm的发射和接收谐振器线圈,在1.9m之外成功点亮了60W的灯泡[4-5],成功开辟了无线电能传输技术的一个新方向.
目前,较短的传输距离已成为限制磁谐振耦合式WPT（wirelss power transmission）应用的一个重要约束.线圈间的磁耦合强度随传输距离的增加迅速减小,导致效率和传输功率在超出一定距离后急剧下降.为了克服这一问题,人们提出了利用超导技术制作的高Q振器[6],插入负折射材料板[7]、中继谐振线圈[8]等方法.其中,在发射端和接收端之间插入无源中继线圈是一种增大传输距离,提高传输效率的有效途径,其在发射端和接收端的能量传送过程中起到中转站的作用.
文[9-12]對加入无源中继线圈的系统进行了理论分析,并通过建模和理论推导对三线圈的工作状态进行了系统化的研究,得出无线能量传输系统的传输效率和耦合系数有关,增大耦合系数能有效地增加传输效率.增大耦合系数的传统方式是增大谐振线圈的设计尺寸,但这会受到设计条件的制约,本文选用了一种加入平板磁芯作为增大耦合系数的方法,通过对整个传输系统进行理论分析、仿真建模,最后再进行实验验证得到相应的结论.
1三线圈电路模型
根据电路理论,本文首先建立三线圈磁耦合谐振传输系统的电路模型,如图1所示.
2系统仿真
2.1磁芯选择仿真
按照法拉第电磁感应定律[14-16]可知,闭合回路中的感应电动势e和穿过此回路的磁通变化率（dΦdt）成正比,而Φ又和B成正比,即增大线圈之间的磁感应强度B是十分重要,因而本文通过增加磁芯的方法来增大线圈之间的磁感应强度B.下面将利用Ansoft Maxwell 14.0有限元仿真软件,对加入圆柱磁芯和平板磁芯的系统进行仿真,计算加有两种不同磁芯的系统在不同传输距离下的磁感应强度B.圆柱磁芯和平板磁芯的侧视图模型如图2所示,圆柱磁芯和平板磁芯的俯视图模型如图3所示.本文采用铜线为载流线圈,线圈直径为200mm,高度为20mm,导线线径为5mm,匝数为6,每匝通入电流为10A,对线圈所建模型网格划分以及对带空气的整体网络划分图如图4、图5所示.
对于所做仿真,本文做如下假设和约定[13]：
1）近似认为材料各向同性；
2）不考虑温度变化影响；
3）近似认为空气区域无限远；
4）近似认为磁芯的B-H曲线为线性的（仿真中加入磁芯时）；
5）不考虑涡流去磁效应（仿真中加入磁芯时）.
本文通过对加有圆柱磁芯和平板磁芯的系统,在发射线圈和接收线圈相距10、20、30、40、50、80、90及120cm的距离进行系统仿真,得到的数据如表1所示.据表1所得数据绘得图6.
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参考文献：
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