【摘 要】
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与有线充电相比,无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)是一种方便、安全的电能传输技术。它广泛应用于工业自动化、手机和电动汽车行业。WPT技术电能传输效率的提升一直是无线电能传输界的一大挑战。本文从线圈本体(线圈参数)与线圈谐振结构(空间结构)的角度对无线电能传输系统的传输效率进行研究论证。首先,本文对无线电能传输技术的系统结构、工作机理进行分析,结合Matl
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与有线充电相比,无线电能传输（Wireless Power Transmission,WPT）是一种方便、安全的电能传输技术。它广泛应用于工业自动化、手机和电动汽车行业。WPT技术电能传输效率的提升一直是无线电能传输界的一大挑战。本文从线圈本体（线圈参数）与线圈谐振结构（空间结构）的角度对无线电能传输系统的传输效率进行研究论证。首先,本文对无线电能传输技术的系统结构、工作机理进行分析,结合Matlab与Magnet两种仿真软件建立无线电能传输系统仿真电路。在理论与仿真的基础上搭建了系统的硬件平台,并对各个硬件电路模块以及器材选择进行分析与介绍,为后续线圈本体与系统谐振结构的研究提供实验平台。其次,对线圈本体进行研究,采用Magnet有限元电磁仿真软件分别对线圈的材料、线径、匝间距、线圈外半径以及品质因数等线圈基本参数进行仿真分析与实验验证,得到每种线圈参数的较优选择。在对线圈参数研究的基础上提出了一种能够衡量线圈传输效率优劣程度的线圈参数S,并比较发射线圈和接收线圈各自的优化参数S1、S2。结果表明线圈优化参数S1、S2越大,系统电能传输效率越高。在对该理论进一步研究发现,使得线圈间电能传输效率达到最大值的传输距离与发射线圈外半径有关,与接收线圈外半径无关。经过实验论证与理论相符。最后,从线圈谐振结构即空间结构的角度对系统电能传输效率进行分析,提出了一种高效率的三线圈结构无线电能传输系统。文中应用电路理论,分析和比较了两线圈和三线圈结构的谐振线圈的传输效率。实验结果表明:在传输距离为14cm时,三线圈结构的谐振线圈能达到81%,是二线圈结构的1.9倍;在传输距离为18cm的情况下,三线圈结构的传输效率能达到60.3%,是二线圈结构传输效率的2.7倍;当传输距离达到22cm时,三线圈结构的传输效率为32%,是二线圈结构传输效率的4.7倍。本文对无线电能传输线圈以及谐振结构的研究切实能够提升线圈间的电能传输效率,为后期的无线电能传输效率研究以及生产应用提供了依据。
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