基于掃描磁場(chǎng)的全向無(wú)線能量傳輸方法研究.pdf

1、無(wú)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(wú)線能量傳輸方法（Magnetic Resonance Coupling Wireless Power Transfer-MCR-WPT），無(wú)線能量傳輸技術(shù)在近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。這種磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸技術(shù)具有對(duì)對(duì)人體輻射較小、對(duì)環(huán)境參數(shù)不敏感等優(yōu)點(diǎn)，因而在嵌入式醫(yī)學(xué)設(shè)備

2、、射頻識(shí)別、移動(dòng)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(wú)線能量傳輸技術(shù)依賴于收發(fā)線圈間的嚴(yán)格正對(duì)，同時(shí)也只在幾個(gè)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(huì)明顯下降。因此需要一種可以實(shí)現(xiàn)全向無(wú)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(lái)使這種無(wú)線能量傳輸技術(shù)更好的投入實(shí)際應(yīng)用中。
　　本文從分析求解發(fā)射線圈磁場(chǎng)解析模型入手，對(duì)磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)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(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器。這種發(fā)射器磁場(chǎng)分布的解析表達(dá)式表明其磁場(chǎng)方向矢量隨著時(shí)間變化呈0度至360度全向周期旋轉(zhuǎn)，并且其磁場(chǎng)強(qiáng)度幅度值保持不變。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)提出的發(fā)射器進(jìn)行了數(shù)值仿真，仿真磁場(chǎng)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(jì)了一種工作在10MHz的全向無(wú)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(lái)增強(qiáng)全向無(wú)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(shí)現(xiàn)全向的電能傳輸，并且可以利用超常媒質(zhì)來(lái)增加效率。最后我們通過(guò)實(shí)物加工和測(cè)試證明了本文提出的全向無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)具有全向能量傳輸能力。
　　本文首先對(duì)無(wú)線能量傳輸技術(shù)的發(fā)展歷史及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并通過(guò)比較整理給出各種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，隨后重現(xiàn)了經(jīng)典的磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，建立

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