.硕士学位论文磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究研究生：*指导教师：* 教授 专业名称： 农业电气化与自动化研究方向：地方电力系统及其自动化所在学院：信息与电气工程学院 2017年 06月 Dissertation for Masters DegreeStudies on Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transmission SystemCandidate： *Supervisor： Prof. *Specialty： Agricultural electrification and automationResearch Field：Local electric power system and automationCollege: Information and Electrical Engineering CollegeShenyang Agricultural UniversityJune, 2017. .独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进展的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间： 年 月 日关于论文知识产权和使用授权的说明本论文的知识产权为沈阳农业大学所有。本人完全了解沈阳农业大学有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的内容。学位论文中的所有内容不经沈阳农业大学授权不得以任何方式擅自对外发表。保密的学位论文在解密后应遵守此协议研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间： 年 月 日. .目 录中文摘要I英文摘要II第一章 绪论11.1课题研究的背景和意义1无线电能传输方式及相应特点的研究21.电磁感应式234的优劣比照51.3国内外研究现状6681.4关键技术、待研究的问题及应用前景99111215第二章 无线电能传输的理论依据16162.1.1 共振1616161720分析202123第三章元件特性与分析24242425283.1.4 谐振线圈电阻的计算313.2导线的趋肤效应与损耗313.3系统频率对传输效率的影响323233343435第四章 磁耦合谐振式无线电能传输系统仿真分析364.1 ANSYS HFSS简介3636散射矩阵与参数36404852第五章系统实验验证5353发射装置5455565959第六章 结论与展望60结论6060参考文献62致谢64攻读硕士期间发表的论文65. .CONTENTSChinese AbstractIEnglish AbstractIIChapter 1 Introduction11.1Research background and significance1 Study on the characteristics of wireless power transmission21. Inductively coupled power transmission21.2.2 Mcrowave Power Transmission31.2.3 Magnetically-coupled resonant transmission41.2.4 Comparison of three transmission technologies51.3 Research of wireless power transmission at domestic and abroad61.3.1 Researchat abroad61.3.2 Researchat domestic81.4 Key technology, problems to be studied and application prospect91.4.1 Key technology91.4.2 Problems to be studied111.4.3 Application prospect121.5 The main content of this paper15Chapter 2 Theoretical basis of wireless power transmission162.1 Theoretical basis162.1.1 Resonance162.1.2 Ma*well equations162.1.3 Near field and far field theory162.1.4 Coupled model theory172.2 Circuit theory model202.2.1 Topology analysis of magnetically coupled resonant transmission circuit202.2.2 Establishment and analysis of circuit theory model21 Summary23Chapter 3 Component characteristic analysis243.1 Resonant coil243.1.1 Comparison of several coil structures243.1.2 Inductance calculation of resonant coil253.1.3 Calculation of resonant coil distribution capacitance283.1.4 Calculation of resonant coil resistance313.2 Skin effect and loss of wire313.3 Effect of power frequency on transmission efficiency323.4 Coupling coefficient323.5 Quality factor333.6 Transmission efficiency343.7 Selection of resonant capacitor34 Summary35Chapter 4 Simulation analysis of magnetic coupling resonant wireless energy transmission system364.1 Brief introduction of ANSYS HFSS364.2 The main steps of HFSS analysis364.3 Scattering matri* and parameter S364.4 Analysis of simulation results of solenoid resonant coil404.5 Simulation analysis of planar spiral resonator484.6 Summary52Chapter 5 System e*periment verification535.1 E*perimental model535.2 Launcherdevice545.3 Receiving device555.4 E*perimental result565.5 Problems encountered during the e*periment595.6 Summary59Chapter 6 Conclusions and e*pectation606.1 conclusion606.2 e*pectation60Reference62Thanks64Papers published during the postgraduate study65. .摘 要随着科技的不断开展和人类生存空间的不断压缩，传统的电能传输方式的缺点也逐渐暴露出来，有线电能传输已不能满足当今人们生活的需求。无线电能传输技术省去了电器设备与电源之间相互连接，较传统输电方式更为平安灵活，抗干扰能力更强，节省了空间，使电气设备摆脱了电源线的束缚，将人们的生活变得更加舒适便利。首先，本文通过耦合模型理论和电路模型理论两方面对磁耦合谐振式无线电能传输系统进展理论分析，并得出系统传输效率的一般表达式。从能量传输原理出发，说明了当电源频率等于线圈谐振频率时，系统的传输效率取最大值。通过表达式可以看出，系统到达最大传输效率的前提条件是两谐振线圈之间产生电磁共振，这就要求电源频率需保持在线圈谐振频率附近。通过两种理论模型的比照分析，对无线电能传输的工作原理有了更加深入的理解，为接下来的研究分析打下了良好的根底。其次，对两种常用的谐振线圈螺线管式谐振线圈和平面螺旋式谐振线圈进展了研究，分析了其电感、电容及电阻参数的计算方法，对谐振线圈的参数设计提供了很大帮助。分析了导线趋肤效应与损耗、品质因数、耦合系数等因素对系统传输特性的影响，得出采用大线径和多股绕制的导线可以有效减小趋肤效应；提高传输效率的关键在于增大两线圈间的耦合系数；增大线圈电感可以提高品质因数，从而减小损耗提高效率。再次，利用HFSS仿真软件对两种谐振线圈进展仿真分析，得出在电源频率接近谐振频率时，系统具有较高的传输效率；增加谐振线圈间距，传输效率下降很快；改变谐振线圈的水平相对位置，在小范围内传输效率变化不大，当水平偏差超过1/2线圈半径时，传输效率大幅下降；线圈轴向夹角在30以内时，传输效率变化不大，超过时传输效率很快下降到0；对中继线圈产生的影响进展仿真分析，得出中继线圈可以大幅度提高系统的传输效率；对两个发射线圈对一个接收线圈进展无线电能传输情况进展了仿真分析，仿真结果显示出，反相位的两发射