近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析 modeling and analysis of near-field magnetic resonant coupling energy transfer system.pdfVIP

第 1期 电 源 学 报 No.1 2011年1月 Journal ofPower Supply Jan.2011 a，]『厂+‘。一／(缈 刘宿城袁周雒维 (重庆大学 电气工程学院袁重庆400044) 摘要院基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统遥与文献[5]中不同的是通过 引入高频功率电子技术提高系统效率袁并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展遥结合耦合模理论和集总电路 建模的优点袁对系统的功率传输能力尧传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析袁并推导出系统的最佳工作条 件遥 仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性遥 关键词院磁耦合曰电能传输曰耦合模理论 中图分类号院TM461 文献标志码院A 文章编号院CN12-1420渊2011冤01-0051-05 ，r 量传输系统的重要特性进行了建模分析袁包括功率 吩J2l 传输能力尧传输效率和频率特性曰并导出系统最佳 利用电磁感应的基本原理进行电能传输由来 工作点的理论约束条件袁为优化系统设计奠定理论 已久袁早在 19世纪末袁尼古拉窑特斯拉就曾做过远 基础遥 距离无线电能传输的试验遥 目前袁在近距离传输范 围内袁电磁感应电能传输已越来越多应用到自动牵 引机车尧电动汽车的无线充电和便携式电子设备等 [1-3] 方面 遥而在中等距离电能传输方面袁直到2007年 图1(a)为磁耦合谐振能量传输系统的原理图袁 才由MIT的科学家对此研究做了突破性进展袁在实 原副边线圈分别与电容CP和CS 串联组成高频能 验室条件下实现了在2 m远的距离将灯泡点亮袁且 量谐振腔体袁通过反馈控制可使系统工作在谐振频 传输效率达到40%袁传输距离 1m时更是达到90% 率点上袁此时谐振线圈之间发生最大能量交换谐振 [5袁6]遥奠定这一工作的基础理论是非辐射性磁耦合原 状态下的原副边线圈的能量变化如图 1(b)所示袁二 理袁或称近场磁耦合谐振袁与以往的无线电能传输 者的能量始终处于交替变化的遥 具有本质的不同院渊1冤 与利用电磁感应原理进行无 假设原副边谐振腔体的原件参数相同袁根据耦 [6袁12] 线电能传输的方式相比袁磁谐振耦合电能传输系统 合模理论 袁系统可以描述如下 工作在野强耦合区域冶袁传输距离大大提高曰渊2冤与微 Ee—i。1 (1) 波电能传输方式相比袁近场磁耦合谐振产生的是非 辐射性谐振磁场袁 具有一定的方向性和区域性袁因 式中院a为磁场强度袁其物理含义是院|a| 代表谐2 此传输过程中能量损耗可以很小遥 振腔体中包含的能量曰棕 为单个谐振腔体的自然谐0 然而袁由于近场磁耦合谐振能量传输方式的提 振频率曰祝表示由能量损耗造成的衰减速率曰资为 出时间尚短袁对于系统的理论分析和相关研究方法 -j棕t