论文总字数：25807字

摘 要

随着科学技术的不断发展，电力和电子技术在生活中的应用越来越广泛。我们生活中的各个方面都离不开电力系统，例如日光灯、手机电脑，甚至汽车飞机，都是离开电能就无法正常运转的。而无线电能传输技术没有用电设备和电源直接连接的环节，具有安全可靠等优点，克服了用电设备与电缆线接触的不稳定性、电气设备难以移动的局限性等问题，成为有线供电模式的一种补充，因此受到了全世界各国同行的重视。

本论文主要的研究内容如下：

首先介绍了无线电能传输的背景意义，三种基础的传输类型，并且阐述了谐振式传输系统的国内外研究现状。

其次介绍了磁耦合谐振式无线电能传输系统的理论基础和传输原理，并基于耦合模理论建立了数学模型，分析了传输系统的效率。

然后从基础的LC谐振入手，分析了谐振对发射端和接收端的影响，通过对四种不同的拓扑结构的分析，得到了耦合因数和品质因数对系统电压增益的影响规律。分别计算了不同拓扑结构的电容，以及不同情况下的电容选择。

最后设计了一套谐振式无线电能传输系统，在分别阐述了发射端自激振荡电路的工作原理和元件选型、接收端系统整流滤波环节的参数设计后，通过multisim软件对系统进行了仿真，得出发射端线圈的电压波形以及接收负载上直流电压波形，验证了系统设计的正确性。

关键词:无线电能传输 磁耦合谐振式 拓扑结构 耦合模理论

Characteristic Research Of Wireless Power Transfer

Abstract

With the continuous development of science and technology, electronic technology has widely applied in life.All aspects of our lives are inseparable from the power system,such as lights, mobile computers, and even aircraft, are to leave the power can not be normal operation.The wireless power transmission electrical equipment to avoid a direct connection to the grid, with a flexible, secure, and reliable, to overcome the instability of electrical contacts, mobile electrical equipment limitations and other issues, has become an important supplement to the wired power supply mode, Therefore, countries around the world counterparts attention.

In this paper, the main contents are as follows:

First introduced the background and significance of the wireless power transmission, three basic types of wireless power transmission, and describes the research status resonant wireless power transmission.

Secondly, it introduces the theoretical basis and principles of transmission magnetically coupled resonant wireless power transmission, and based on the coupled-mode theory, a mathematical model of the wireless power transmission system, analyze the efficiency of the transmission system.

And from the base of the LC resonance analyzes the influence of the resonance of the transmitter and the receiver, through the four different topology analysis, the coupling factor and the quality factor of the system voltage gain influence law, as well as different topologies capacitor selection.

Final design of a resonant wireless power transmission system were elaborated in transmitting terminal self-excited oscillation circuit works and component selection, the receiving end rectifier system design aspects of the parameters by multisim software for system simulation, stars emitting end of the coil voltage waveform and receiving load DC voltage waveform to verify the correctness of system design.

Keywords:Wireless power transfer;Magnetically-coupled resonance;Coupled mode theory;Topology

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文研究背景及意义 1

1.2无线电能传输的类型 2

1.2.1磁感应耦合式无线电能传输 2

1.2.2磁耦合谐振式无线电能传输 2

1.2.3电磁波辐射式无线电能传输 3

1.2.4 三种无线电能传输对比 3

1.3谐振式无线电能传输技术国内外研究现状 4

1.3.1谐振式无线电能传输技术国外研究现状 4

1.3.2谐振式无线电能传输技术国内研究现状 7

1.4课题研究主要内容 10

第2章 磁耦合谐振式无线电能传输原理及模型 11

2.1 磁耦合谐振式无线电能传输系统的理论基础 11

2.2 磁耦合谐振式无线电能传输系统的系统结构与传输原理 12

2.3 基于耦合模理论的磁耦合谐振式无线电能传输系统模型 13

2.3.1 耦合模理论基础 13

2.3.2 耦合模方程 14

2.3.3 基于耦合模理论的磁耦合谐振式无线电能传输系统模型 15

2.3.4 能量传输效率计算 19

2.4 本章小结 20

第3章 谐振对无线电能传输系统特性的影响 21

3.1 串联谐振和并联谐振 21

3.1.1 LC串联谐振 21

3.1.2 LC并联谐振 22

3.2 谐振对系统的影响 23

3.2.1发射端谐振对系统的影响 23

3.2.2 接收端谐振对系统的影响 23

3.3 谐振对传输系统特性的作用规律 24

3.3.1 LC谐振对电压增益的作用 25

3.3.2 发射端谐振电容的选取 29

3.4 本章小结 30

第4章 谐振式无线电能传输系统设计 31

4.1 自激振荡式无线电能传输系统发射端设计 31

4.1.1 自激振荡电路工作原理 31

4.1.2 自激振荡式传输系统发射端设计 32

4.2 自激振荡式无线电能传输系统接收端设计 33

4.2.1 整流模块 33

4.2.2 滤波模块 34

4.2.3 稳压模块 34

4.3 自激振荡式无线电能传输系统仿真分析 35

4.3.1 发射模块 35

4.3.2 接收模块 37

4.4 本章小结 38

第5章 总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2 展望 40

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

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