基于电磁谐振式的无线能量传输范围拓展研究

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基于电磁谐振式的无线能量传输技术正在被逐渐应用与日常生活中。而在生活中的电子设备也越来越多,且大部分会随意被放在桌面上进行充电。所以拓展无线能量传输的范围非常重要,特别是水平范围。本文通过研究具有新型发射机制的发射阵列来拓展无线能量传输的水平范围。  本文首先分析介绍一般电路理论和磁感应波理论。相比于一般电路理论,磁感应波理论将电流看作一种波,可以有效分析在发射阵列上发生的“死区”和“切口”等现象。并通过磁感应波对简单一维发射阵列进行建模和通过一般电路理论对单个线圈进行优化。  然后通过matlab对一维发射阵列的单路发射阵列和双路发射阵列进行仿真。先介绍死区和切口现象。之后对接收线圈在单路发射阵列上方移动,以及增加一个扩展线圈和增加多个扩展线圈,还有采用双路发射阵列等现象和结构进行仿真。通过磁感应波理论对其进行分析和解释。从而可以得出死区和切口的现象,规律和原因,以及在末端扩展中继线圈和采用双路发射阵列的影响。  通过设计一维发射阵列实验验证,显示实验与仿真结果一致。然后在此基础上,总结出一种可应用于发射阵列的通用发射机制,可以有效避免死区和切口的影响,并高效拓展水平范围。该发射机制主要有三点。第一,提升发射频率或者下降线圈谐振频率。第二,使接收线圈始终处于发射阵列末端,并在末端适当扩展一个线圈。第三,当耦合系数较大时,且接收线圈和发射阵列之间有双通路结构时,采用双路发射阵列。然后将该机制应用于九宫格发射阵列。采用新型发射机制的九宫格阵列可以进行二维水平范围拓展,使得在保持高效率和良好匹配情况下,可以让大接收线圈和小接收线圈的水平范围分别拓展5~6倍和13~14倍,然后将该发射阵列放入设计的无线能量传输系统进行验证,结果表明一致。且该发射机制可应用于类似“积木”结构,从而再组合适应不同水平范围拓展需要。  本文的创新和成果主要有五个方面。第一,引入磁感应波理论对发射阵列进行建模和分析。第二,对一维发射阵列上的死区和切口的现象和规律进行分析和总结。第三,提出一种通用发射机制。第四,将通用发射机制应用与九宫格发射阵列,提升水平范围。第五,设计无线能量传输系统,对九宫格发射阵列进行验证。
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