目录
摘要 .............................................................. I 目录 .............................................................. V 1绪论.. (1)
1.1课题研究的背景及意义 (1)
1.2无线电能传输的分类 (1)
1.2.1电磁感应式无线电能传输 (2)
1.2.2电磁辐射式无线电能传输 (4)
1.2.3磁耦合谐振式无线电能传输 (6)
1.3磁耦合谐振式无线电能传输技术研究现状 (7)
1.3.1国外研究现状 (7)
1.3.2国内研究现状 (9)
1.4本文研究的主要内容 (12)
1.5本章小结 (13)
2磁耦合谐振式无线电能传输理论 (15)
2.1磁耦合谐振式无线电能传输原理 (15)
2.2磁耦合谐振式无线电能传输的相关理论 (16)
2.2.1耦合模理论 (16)
2.2.2电路理论 (16)
2.3本章小结 (19)
3磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构模型及负载特性 (21)
3.1磁耦合谐振式无线电能传输两线圈系统模型 (21)
3.1.1两线圈模型建立与理论分析 (21)
3.1.2两线圈模型仿真分析 (25)
3.2磁耦合谐振式无线电能传输四线圈系统模型 (31)
3.2.1四线圈模型建立与理论分析 (31)
3.2.2四线圈模型仿真分析 (34)
3.3磁耦合谐振式无线电能传输负载特性分析 (38)
3.3.1磁耦合谐振式无线电能传输负载模型 (39)
3.3.2磁耦合谐振式无线电能传输负载模型仿真分析 (41)
3.4本章小结 (46)
V
4磁耦合谐振式无线电能传输系统硬件电路 (47)
4.1系统总体设计方案 (47)
4.2高频逆变电路设计 (48)
4.3谐振线圈优化设计 (49)
4.3.1线圈的类型 (50)
4.3.2谐振线圈电感计算 (51)
4.3.3谐振线圈高频电阻计算 (51)
4.3.4谐振线圈高频分布电容计算 (51)
4.3.5谐振线圈间互感计算 (52)
4.3.6谐振线圈的选择 (53)
4.4整流滤波稳压电路设计 (54)
4.4.1整流电路 (54)
4.4.2滤波电路 (55)
4.4.3稳压电路 (56)
4.4.4整流滤波稳压电路仿真分析 (56)
4.5电动车电池无线充电仿真分析 (57)
4.6本章小结 (59)
5总结与展望 (61)
5.1总结 (61)
5.2展望 (62)
参考文献 (63)
作者简历 (71)
学位论文数据集 (73)
VI
1 绪论
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着电磁学、材料学、电力电子器件和现代控制技术的发展，无线电能传输(wireless power transfer, WPT)已步入人们生活。传统的电能是通过导线、插孔、插头等接触器的连接进行传输，由于导线的磨损、损坏、老化、外漏与摩擦，很容易产生电击、电火花现象，不仅导致供电可靠性、安全性下降，而且大大降低电气设备的使用寿命。在油田开采、矿井等特殊领域，不良的导线连接会增大接触电阻，导致线路温度升高，导线因摩擦极易产生电火花，从而引起爆炸，造成严重的损失[1-3]。
无线电能传输没有导线相互连接，即用电设备以非接触方式从固定电网获取电能，是一种安全、可靠的能量传输形式[4, 5]。无线电能传输不仅能避免导线插拔、断路等弊处，还能在保证电能稳定可靠的基础上，解决房屋导线杂乱、插孔破坏装饰等问题，使得人们生活更加美观便利高效。因此无线电能传输技术被列为“10大引领未来的科学技术”之一。无线电能传输是实现能源方便便捷、高效利用的重要途径，在电动汽车充电[6]、航空航天器供能、便携式移动设备充电、医疗器械设备充电和煤矿油田开采、能源化工、水下作业等特殊领域具有广阔的应用前景，对磁耦合理论的发展和充电技术具有重要的应用和研究价值[7-10]。
2007年美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic教授课题组提出了磁耦合谐振式无线电能传输理论，并在传输距离为2m时点亮60W的灯泡[11]。磁耦合谐振式无线电能传输具有传输效率高、传输距离远、传输功率大以及对介质依赖性小等优点[12]，为无线电能中等传输距离的研究指明了方向，因此磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究立即受到世界各国科研学者的关注。
该项技术的深入研究分析可以为其扩大在多个领域内的实际应用范围提供理论基础的支持。随着该技术越来越深入的研究，其实用价值日益增加，人们已将该技术应用到了各种便携式的移动设备装置中。相信在不久以后，无线电能传输技术必将广泛应用到工业、民用和医疗等各类场所，且具有极大的市场应用价值。
1.2无线电能传输的分类
1900年，尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla)对无线电能传输技术进行了相关研究[13]，提出利用地球拥有存储电荷的能力，将地球表面作为内导体、地球电离层作为外导体，通过电场耦合实现无线电能传输。由于当时技术和资金匮乏，这一设
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