基于掃描磁場的全向無線能量傳輸方法研究.pdf

1、無線能量傳輸技術(shù)（Wireless Power Transfer-WPT）是脫離傳統(tǒng)有線電力傳輸?shù)男滦碗娔軅鬏敺椒?，隨著麻省理工大學(xué)于2007年提出磁耦合諧振式無線能量傳輸方法（Magnetic Resonance Coupling Wireless Power Transfer-MCR-WPT），無線能量傳輸技術(shù)在近年來受到了廣泛的關(guān)注。這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)具有對對人體輻射較小、對環(huán)境參數(shù)不敏感等優(yōu)點，因而在嵌入式醫(yī)學(xué)設(shè)備

2、、射頻識別、移動設(shè)備供電等領(lǐng)域有著廣闊的前景。然而，這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)依賴于收發(fā)線圈間的嚴(yán)格正對，同時也只在幾個線圈直徑的傳輸距離內(nèi)保持較高的效率，隨著發(fā)射線圈和接收線圈之間距離逐步增加，傳輸效率會明顯下降。因此需要一種可以實現(xiàn)全向無線能量傳輸?shù)募夹g(shù)以及增加該技術(shù)的有效傳輸距離的方法來使這種無線能量傳輸技術(shù)更好的投入實際應(yīng)用中。
　　本文從分析求解發(fā)射線圈磁場解析模型入手，對磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)的磁場分布進(jìn)行

3、研究，提出了一種具有90度饋電相差的交叉線圈作為無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器。這種發(fā)射器磁場分布的解析表達(dá)式表明其磁場方向矢量隨著時間變化呈0度至360度全向周期旋轉(zhuǎn)，并且其磁場強度幅度值保持不變。在此基礎(chǔ)上，本文對提出的發(fā)射器進(jìn)行了數(shù)值仿真，仿真磁場分布與解析模型吻合。隨后，基于這種全向發(fā)射器，本文設(shè)計了一種工作在10MHz的全向無線能量傳輸系統(tǒng)（Omnidirectional Wireless Power Transfer-OWPT），

4、緊接著，考慮到超常媒質(zhì)具有放大倏逝波的特殊能力，我們提出了一種圓柱超常媒質(zhì)結(jié)構(gòu)來增強全向無線能量傳輸系統(tǒng)的工作效率，仿真結(jié)果表明這種方法可以實現(xiàn)全向的電能傳輸，并且可以利用超常媒質(zhì)來增加效率。最后我們通過實物加工和測試證明了本文提出的全向無線能量傳輸系統(tǒng)具有全向能量傳輸能力。
　　本文首先對無線能量傳輸技術(shù)的發(fā)展歷史及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并通過比較整理給出各種實現(xiàn)方法的優(yōu)缺點，隨后重現(xiàn)了經(jīng)典的磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)，建立

5、仿真模型，觀察各種參數(shù)對磁諧振耦合式無線能量傳輸?shù)挠绊?。其次，用磁偶極子代替線圈，利用磁偶極子近場磁場變化規(guī)律來解釋磁諧振耦合式無線能量傳輸技術(shù)所面臨的的問題，并針對這些問題給出相應(yīng)的理論解決方法。再根據(jù)解決方法設(shè)計了一種可以產(chǎn)生全向掃描磁場的交叉線圈作為無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器，構(gòu)造全向無線能量傳輸系統(tǒng)。緊接著，針對這種全向無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計了一種圓柱形超常媒質(zhì)來增加系統(tǒng)效率。最后通過實物加工和測試證明了本文提出的全向無線能量傳輸系