共振式无线电能传输系统的关键技术研究

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1、中图分类号：TM461论文编号：102870315-S094学科分类号：080804硕士学位论文共振式无线电能传输系统的关键技术研究研究生姓名陈文仙学科、专业电力电子与电力传动研究方向非接触供电技术指导教师陈乾宏教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月国家自然科学基金资助项目(编号51077069)江苏省自然科学基金资助项目(编号BK2009372)高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(编号20103218110013)INanjingUniversityofAeronauticsandAstronautic

2、sTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonKeyTechnologyinMagneticResonateWirelessPowerTransmissionSystemAThesisinElectricalEngineeringbyChenWenxianAdvisedbyProf.ChenQianhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEnginee

3、ringJanuary,2015ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChinaandAwardNumber:51077069NaturalScienceFoundationofJiangsuProvinceandAwardNumber:BK2009372SpecializedResearchFundfortheDoctoralProgramofHigherEducationandAwardNumber：20103218110013II南京航空航天大学

4、硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III共振式无线电能传输系统的关键技术研究摘要无线电能传输技术与传统的接触式充电相比较具有的

5、方便灵活、环境适应性强、安全可靠等优点使得其吸引着国内外越来越多的专家学者对此进行研究。其中，共振式WPT技术因其具有较远传输距离以及高效率的能量传输特性而具有极大的应用价值，对无线电能传输技术的发展具有重要意义，将是无线电能传输领域的重要发展方向。文中首先介绍无线电能传输技术的概念及其分类，回顾共振式WPT技术的发展历史，对共振式WPT技术的基本结构与工作原理、关键与热门技术的发展研究以及产品开发与实际应用现状等进行归纳、总结，指出共振式WPT技术的关键是优化非接触变压器以提升能量传输效率。然后，本文利用互感模型推导电压

6、增益、传输功率及其传输效率的表达式，并分析系统传输特性与多个关键参数之间的关系。针对共振式WPT技术中通常要面临延长传输距离与提升传输效率这两个问题进行研究，提出利用8字型绕组增加耦合系数，建立了系统的品质因数模型，并设计负载选取以及高频化的方法，使共振式WPT系统的传输特性得到优化。结合常规的非接触变压器以及电路的参数设计方法，提出并设计了一种基于最大电压增益距离点的系统最大电压增益与输出功率设计方法。同时文章也给出了基于GaN器件的Class-E变换器的效率评估，研究指出GaN晶体管能够同时提供极低的Rds(on)和栅

7、极电荷(Qg)，给Class-E变换器带来明显更高的传输效率、更小的提及尺寸和更低的成本。接着，文中将单激励共振式WPT系统提升至多激励的共振式WPT供电区域，为构建全向供电区域提出一种绕组连接原则，通过改变激励线圈的绕组连接方式来改变无线供电区域内的磁场分布，受电终端通过改变其在区域内的自由度来提高能量耦合度与电能传输效率。对不同绕组连接方式下的磁场分布状况进行了分析与总结。最后，文章对共振式WPT技术的传输特性、优化途径、系统设计流程等进行归纳、总结，为进一步开展共振式WPT技术的研究和应用打下基础。关键词：共振式WP

8、T，传输距离与效率，品质因数IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTComparedtotraditionalcontactcharging,wirelesspowertransmissiontechnologyhasadvantagesonflexibilityandreliabilityto