一种基于磁耦合谐振式的高效率双频无线能量传输系统-南京信息工程.PDFVIP

ＤＯＩ：１０．１３８７８／ ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｎｕｉｓｔ．２０１７．０１．０１０ １，２ ２ ２ ３ 郑艳华 　 林杰凯　 章秀银 　 麦晓冬 一种基于磁耦合谐振式的高效率 双频无线能量传输系统 摘要 ０　 引言 为了提高磁耦合谐振式无线能量传 输系统的效率，本文提出了一种新型的 　 　 随着２００７年ＭＩＴ 团队利用磁耦合谐振进行中距离无线能量传 双频无线能量传输的发射和接收装置． ［１］ 输取得新进展以来 ，许多学者开始对其产生兴趣并进行了大量研 在发射端和接收端中，该装置在发射端 ［２⁃８］ ［６⁃７］ ［８］ 和接收端中均采用一个馈电线圈对两个 究 ，其中包括电动汽车 和生物医学 等诸多领域．但是随着电 谐振线圈馈电；两个谐振线圈工作在不 子技术的发展，越来越多的设备不仅仅需要传输能量，而且在发射端 同的频率并通过磁耦合的方式把能量从 和接收端之间需要进行通信．而现有的单通带磁耦合谐振无线能量传 发射端向接收端同频传输．由于两个谐 振线圈均参与了能量传输，所以该传输 输已不符合发展的需求，所以现在越来越多的学者投入到多频化和 装置能在较远的距离实现效率较高的双 ［９⁃１１］ 高效率无线传输的研究中 ．相比单频无线能量传输系统，多频无 频能量传输．为了验证该理论模型的特 线能量传输系统可以提供更多的通道来传输能量或信息．然而，如何 性，本文将其设计在ＰＣＢ板材上并进行 仿真和实验测试．仿真和实验结果表明： 产生多频传输通道和提高各通道的效率仍然是一个很大的挑战． 该双频磁谐振耦合无线能量传输装置的 目前，已经出现了一些产生双频无线能量传输系统的方法．在文 能量传输频率为６７８和 １３５６ ＭＨｚ；在 献［９］中，作者利用了并联的集总电容和电感来产生双频传输通道．但 传输距离为装置尺寸６０％时达到最高效 率，其最高效率分别为８８５％和５６７％． 是由于集总元器件仅能用于多产生一个谐振通带而实际中并没有增 关键词 加一个直接参与能量传输的媒介，所以该无线能量传输系统仅能在 双频；磁耦合谐振；高效率；无线能 较短的传输距离下实现高效率的传输．文献［１０］采用圆形谐振线圈及 量传输 与之共面的馈电线圈组成的双频线圈模型进行能量传输．该方法虽然 中图分类号 ＴＮ０１ 提高了传输的效率，但是其提升依旧仅限于较短传输距离的情况，远 文献标志码 Ａ 距离的传输效率并未见改善．文献［１１］中，通过在发射端和接收端引 收稿日期 ２０１６⁃１１⁃２１ 资助项目 国家自然科学基金；广 入匹配网络来提高双频无线能量传输系统的传输效率．虽然效率可以 东省自然科学基金（２０１５Ａ０３０３１０２４９） 获得提升，但是由于需要接入额外的电路，系统变得复杂．因此，设计 作者简介 一个结构简单、传输距离较远且效率高的双频无线能量传输系统对 郑艳华，男，博士，讲师，研究方向为无线 能量传输和智能信息处理ｑｑ．ｃｏｍ 于进一步推动无线能量传输技术的发展具有重要意义． 章秀银（通信作者），男，博士，教授，２０１５ 为了克服双频无线能量传输系统中传输距离近和效率低的问 年国家优秀青年科学基金获得者，教育部长江 青年学者，中组部万人计划青年拔尖人才，研 题，本文提出了一种高效率的双频平面无线能量传输发射和接收装 究方向为微波电路与天线、ＬＴＣＣ、无线能量传 置．通过理论模型对该装置的工作原理