面向嵌入式故障诊断系统的磁耦合谐振式无线供能研究

论文摘要

能量供应是嵌入式故障诊断系统面临的重要问题。传统的电池供电方式存在容量有限的缺点。作为一种新型能量传输方法,磁耦合谐振式无线能量传输技术克服了传统电能传输中的诸多不足,能在中等距离范围内传输较大能量。本文创新性地提出了利用该技术解决嵌入式故障诊断系统的供能问题,并开展相关研究,主要内容和结论如下:1、研究耦合共振理论,分析能量传输各种状态及线圈参数对传输效率的影响。建立了磁耦合谐振式无线能量传输的互感耦合模型,研究了传输效率与线圈尺寸、固有频率、距离之间的关系,得到了提高传输效率的有效方法。2、利用ANSYS软件对单个密绕线圈激发的磁场进行仿真,并对两个密绕线圈间的耦合磁场进行仿真,对比分析了线圈半径、线圈距离及接收线圈半径与耦合磁场的关系。3、设计制作了点对点的无线能量传输装置,包括信号发生电路、功率放大电路、谐振发射电路、谐振接收电路、整流电路及负载部分。在1MHz左右,可在20cm范围内点亮220V/15W灯泡,验证了传输装置进行磁谐振无线传输的可行性,并设计多组不同参数的线圈进行比较试验,分析各参数对传输特性的影响。4、提出并研究了多方向磁耦合谐振能量传输的方法。磁耦合谐振电能传输对传输方向较敏感,提出并设计了三维结构的谐振线圈,有效地提高了接收端的方向无关性。在点对点的传输模式基础上,研究了一对多的传输模式,设计了实验传输装置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景及意义
• 1.2 无线能量传输方式
• 1.2.1 电磁感应方式
• 1.2.2 微波、激光方式
• 1.2.3 磁耦合谐振式
• 1.3 磁耦合谐振式无线能量传输技术研究现状
• 1.4 论文研究思路及内容安排
• 1.4.1 论文研究的主要问题及思路
• 1.4.2 论文的内容安排
• 第二章 磁耦合谐振式的相关理论
• 2.1 磁耦合谐振式能量传输的基本理论
• 2.1.1 磁耦合
• 2.1.2 耦合共振理论
• 2.1.3 传输机理
• 2.2 磁耦合谐振式能量传输状态分析
• 2.2.1 线圈能量计算分析
• 2.2.2 线圈频率相同时的能量传输分析
• 2.2.3 线圈频率不相同时的能量传输分析
• 2.3 传输模型建立及传输效率分析
• 2.3.1 传输模型建立
• 2.3.2 传输效率分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 WiTricity 传输装置设计及线圈耦合磁场仿真分析
• 3.1 传输装置总体介绍
• 3.2 传输装置硬件电路
• 3.2.1 功率放大电路设计
• 3.2.2 发射与接收装置设计
• 3.3 线圈耦合磁场仿真分析
• 3.3.1 仿真软件介绍
• 3.3.2 单个密绕线圈磁场仿真分析
• 3.3.3 两个密绕线圈磁场耦合仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 点对点的传输模式实验研究与结果分析
• 4.1 线圈设计制作
• 4.2 传输性能与距离的关系
• 4.2.1 传输功率与传输效率
• 4.2.2 轴向距离与径向距离
• 4.3 传输性能与驱动信号的关系
• 4.3.1 驱动信号频率
• 4.3.2 驱动信号电压
• 4.4 线圈参数对传输性能的影响
• 4.4.1 固有频率对传输影响分析
• 4.4.2 不同线圈半径的传输
• 4.4.3 不同导线半径的传输
• 4.4.4 不同线圈匝数的传输
• 4.5 本章小结
• 第五章 多方向接收和一对多的传输模式设计与实验研究
• 5.1 多方向接收设计与实验
• 5.1.1 收发线圈互感分析
• 5.1.2 接收端方向性研究
• 5.1.3 多方向接收实验
• 5.2 一对多的无线能量传输设计与实验
• 5.2.1 一对多模式
• 5.2.2 电路模型分析
• 5.2.3 一对多实验研究
• 5.3 障碍物对传输影响分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果