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磁共振无线供电技术,是一项近年刚出现的利用磁耦合谐振线圈之间的共振来实现电能以无线方式高效率传输的技术。相对于其它无线供电技术,磁共振无线供电技术具有中等距离上几乎全向性的高传输效率和安全可靠等优点。本文针对磁共振无线供电技术的基本理论问题,新出现的理论问题,以及实验和应用方面的具体问题进行了深入的研究。
主要的工作和贡献有:
①从电路分析的角度出发,建立了磁共振无线供电系统的电路模型,分析了磁共振无线供电技术的基本理论问题:共振效应、临界耦合条件及模态频率分隔问题、最大效率公式及调整策略。提出了通过外配高Q值高电压射频电容参与谐振的谐振线圈设计新思路,可以解决谐振线圈小型化问题,降低谐振频率的调整和匹配难度,提高谐振频率匹配的精度。针对实际系统中存在的各种分布参数,分析了其对系统的影响,并给出了相应的工程处理建议。
②针对多个负载、中继谐振线圈和多接收天线等三个新理论问题,从电路分析的角度出发,建立了相应系统的电路分析模型,深入分析了系统内部的共振响应情况,讨论了系统实现最强共振的可能性,得出了相应的系统调整策略,并给出了系统最大效率公式。
③提出了使用PCB工艺制作谐振线圈和集成磁共振无线供电系统的新思路,可以提高系统的稳定性和一致性,易于集成到消费电子产品等应用中。提出了可以在PCB上实现的多种谐振线圈结构,以实验方式分析了不同谐振线圈结构的实际性能,得出了适合于PCB谐振线圈的最优设计结构;并针对PCB介质带来的变化修正了相应的模型公式。实际设计并实现了一个基于PCB谐振线圈的PCB磁共振无线供电原型系统,验证了磁共振无线供电技术的相应的电路分析结论和PCB集成思路。
④设计并实现了一个无线供电桌面平台,并实际应用到手机等消费电子产品的无线充电方面,实际最大效率可达83%。
总的来说,本文在磁共振无线供电技术的理论和应用方面作了有益的探索。