電場(chǎng)耦合無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機(jī)構(gòu)研究.pdf

1、電場(chǎng)耦合電能傳輸(ECPT)技術(shù)作為無線電能傳輸技術(shù)的一種,因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了越來越多國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和政府的重視。該技術(shù)綜合利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電場(chǎng)仿真等技術(shù),借助現(xiàn)代控制理論和方法,實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。
　　耦合機(jī)構(gòu)作為ECPT系統(tǒng)的核心部件,其結(jié)構(gòu)、參數(shù)與特性直接關(guān)系到系統(tǒng)的靈活性、傳輸功率、效率以及整個(gè)系統(tǒng)的性能。目前關(guān)于ECPT耦合機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展,但是仍然存在靈活度差,傳輸功率及效率低等缺點(diǎn)。

2、本文針對(duì)靈活度差的問題,提出了一種新型的耦合機(jī)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化,此外,為了提升系統(tǒng)功率和效率,分別對(duì)耦合機(jī)構(gòu)電介質(zhì)、電極材料、厚度進(jìn)行了研究。
　　首先,對(duì)ECPT耦合機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了研究,詳細(xì)分析了幾種典型的耦合機(jī)構(gòu),并基于電磁場(chǎng)仿真軟件 Maxwell建立了各自的仿真模型,對(duì)各自的電場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真分析,總結(jié)了這幾種典型耦合機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合。
　　其次,針對(duì)目前ECPT耦合機(jī)構(gòu)普遍存在的靈活性不足的問題,

3、提出了新型圓盤耦合機(jī)構(gòu)。在耦合面積確定的情況下,以等效耦合電容最大化為目標(biāo)對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。在此基礎(chǔ)之上,研究了拾取端與發(fā)射端錯(cuò)位情況下的交叉耦合,給出了偏移距離在一定范圍內(nèi),耦合機(jī)構(gòu)的輸出輸入電壓比關(guān)于偏移距離的函數(shù)表達(dá)式,并與傳統(tǒng)圓盤式耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析。另外,在對(duì)該耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行了電場(chǎng)仿真分析的基礎(chǔ)之上,提出了一種對(duì)拾取電極進(jìn)行邊緣倒角以優(yōu)化耦合機(jī)構(gòu)電場(chǎng)分布的方法。
　　對(duì)于ECPT耦合機(jī)構(gòu)的功效提升,本文首先對(duì)電介質(zhì)的

4、主要參數(shù)進(jìn)行了分析;對(duì)于兩種具有典型代表的電介質(zhì)空氣和 PZT,分析了各自的最大輸出電壓、工作頻率范圍,以及介質(zhì)損耗;討論了混合介質(zhì)的等效耦合電容;對(duì)電極的厚度以及材料進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。以上分析可為耦合機(jī)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。
　　最后基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái),建立了仿真模型,針對(duì)新型圓盤耦合機(jī)構(gòu)處于完全耦合、偏移距離ι=1.5d以及偏移距離ι=2d三種情況分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。在理論研究以及仿真分