基于电磁谐振电能传输技术的无线供电系统的设计.doc

摘要：无线电能传输作为电能传输技术的一个新的发展方向，其具有可观的传输距离、传输效率及功率，还具有穿透性强和无辐射性等特点,因此许多国内外学者热衷于研究该技术，目前在技术方面也取得了较大的进展，但还有一些问题尚待解决，比如无线电能传输理论的统一，功率与体积的矛盾等。

    本文研究的是电动汽车的无线充电，首先介绍了无线充电技术的种类，其次对每种技术的优缺点及用途进行了解，最后选择了电磁谐振无线供电技术。本文对目前学术界无线充电的研究现状进行了钻研，在耦合模理论的基础上创立了电磁谐振传输供电体系的工作模式和数学方程，并将数学方程进行了深刻解剖，获得了关于电磁谐振转化率较高的结论。

本文研究了电磁谐振式无线电源的线圈形状。设计了平面耦合线圈。同时，通过电磁仿真软件的建模与仿真，研究了两个线圈之间的轴向和纵向变化对两线圈性能的影响。同时，分析了磁力线的分布情况，优化了平面耦合线圈。针对四种基本的补偿拓扑，建立了模型和数学方程，仿真是在MATLAB环境下进行的。最后，依据实验数据，这里使用原侧的串联和并联补偿方式，这个方式一定程度上可以更好地提高电磁谐振的传输转化率。钻研并探究了所学过的逆变电路，进而确定使用全桥逆变电路作为此次研究的逆变电路。在这里利用创新的可调频率的控制研究方法，在两者之间实现了平衡。

关键词：无线充电，磁谐振耦合，谐振频率，传输效率

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 研究背景与意义-1

1.2 国内外无线充电研究状况-1

1.2.1 国外发展现状-1

1.2.2 国内发展现状-2

1.3 本文的主要研究内容-3

第二章 电磁谐振无线充电的基本原理-4

2.1 模式的定义-4

2.2 电磁谐振式无线充电的基本理论-4

2.2.1 磁耦合的概念-4

2.2.2 耦合模型的理论-4

2.3 理想传输系统耦合模式-5

2.4 无线传输系统能量交换最大化的前提-6

第三章 电磁谐振式无线充电的传输性能分析-7

3.1 线圈的选择-7

3.2 补偿电路的选择及分析-7

3.2.1  S-P 补偿拓扑分析-8

3.2.2  S-S 补偿拓扑分析-9

3.3 负载对传输性能的影响-10

3.4 工作频率对传输性能的影响-10

3.5 轴向距离对传输性能的影响-11

3.6 径向距离对传输性能的影响-12

第四章 磁耦合谐振式无线供电系统的设计-14

4.1 磁耦合谐振式无线充电高频逆变电路设计-14

4.1.1  高频逆变拓扑的选型-14

4.1.2  全桥逆变电路工作原理-15

4.2 线圈的优化设计-17

4.3 驱动电路的硬件设计-18

4.3.1  元器件选型-18

4.3.2  MOSFET的驱动电路设计-19

4.3.3  MOSFET的吸收电路设计-20

4.5 锁相环电路-21

4.6  DC-DC Buck 稳压电路-22

第五章 结论-24

参考文献-25

致    谢-27