磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性研究毕业论文

天津工业大学 毕业论文

磁耦合谐振式无线电能传输的 基本特性研究

学 院 电气工程与自动化 专 业 电气工程及其自动化 附表1 天津工业大学 毕业设计（论文）任务书

论文题目 磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性研究

学生姓名 学院名称 电气学院 专业班级 电气094班

课题类型 论文类

课题意义 在无线数据传输技术日益普及之时，无线电能传输也使在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线成为可能，并且它对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺问题有着重要的意义。 无线电能传输主要应用于生物医学、交通运输、机器人的驱动、电池充电等，如果能研发出大功率、远距离的无线能量传输装置，将有可能引起能源领域一场变革。󰀀 本课题主要基于磁耦合谐振的最新无线电能传输技术的基本特性研究，包括频率特性、距离特性、方向特性等。通过对该技术的基本特性分析与研究，掌握其传输的规律，力图使电能具有较大的传输容量和较远的传输距离。为该技术的产业化提供支撑。

任务与进度要求

1、课题调研，实习，查中、英文资料； （1~3周）󰀀 2、学习无线输电技术，电磁耦合等相关知识； （4~6周）󰀀 3、频率特性研究； (7~8周）󰀀 4、距离特性研究； （9~10周）󰀀 5、方向特性研究； (11~12周）󰀀 6、撰写毕业设计论文； （13~14周）󰀀 7、答辩。 （15周）󰀀

主要参考文献

[1] 杨庆新，陈海燕，李建贵.基于无接触电能传输系统的可分离变压器传输

性研究[J].电工技术学报,2007，22（Sup.1):107-110.󰀀 起止日期 2013年2月25日至2013年6月7日

备注

院长 教研室主任 指导教师 附表2 毕业设计（论文）开题报告表 姓名 童芳林 学院 电自学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气094

题目 磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性研究 指导教师 李阳

一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义： 有线电能传输由于存在诸如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端，因此一种安全、方便的无线电能传输技术便成为科学家们最迫切的追求。无线电能传输技术始于1889年的美籍克罗地亚裔物理学家特斯拉的研究，并且在无限探求下，2007年MIT的科学家提出了磁耦合谐振式的无线电能传输原理并成功利用该理论在2m范围内点亮一个60W的灯泡。于是，电磁耦合谐振式无线能量传输技术作为一种新兴的无线能量传输技术迅速发展起来，并在无线能量传输领域引起巨大的反响。 本课题将对磁耦合谐振式无线电能传输的频率、距离和方向这三个基本特性对电能传输的功率和效率的影响进行研究，此研究将对该技术今后在电动汽车、航空航天、油田矿井、水下作业、电器、医疗器械等领域打下坚实基础，具有重要的科学意义。

二、进度及预期结果： 起止日期 主要内容 预期结果 2013.3.11-2013.3.24 2013.3.25-2013.3.31 2013.4.1-2013.4.14 2013.4.15-2013.4.28 2013.4.29-2013.5.12 2013.5.13-2013.6.7 2013.6.8 查阅期刊文献，收集资料。 学习频率特性。 学习距离特性。 学习方向特性。 实验测试与证明，并获取数据。 撰写论文、修改论文。 答辩。 了解课题； 掌握频率特性； 掌握距离特性； 掌握方向特性； 结果与理论一致 完成论文。 完成答辩。

完成课题的现有条件 磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验装备。 审查意见 指导教师： 年 月 日

学院意见 主管领导： 年 月 日 附表3 天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表

（论文类） 题目 磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性研究 学生姓名 童芳林 学生班级 电气 094班 指导教师姓名 李阳 评审项目 指标 满分 评分

选题 能体现本专业培养目标，使学生得到较全面训练。题目大小、难度适中，学生工作量饱满，经努力能完成。 10

题目与生产、科研等实际问题结合紧密。 10 课题调研、 文献检索

能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理解课

题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息，从中获取新知识的能力。

15

论文撰写 结构严谨，理论、观点、概念表达准确、清晰。 10 文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，图表清楚，书写格式符合规范。 10 外文应用 能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。 5 论文水平 论文论点正确，论点与论据协调一致，论据充分支持论点，论证过程有说服力。 15

有必要的数据、资料支持，数据、资料翔实可靠，得出的结论有可验性。 15

论文有独到见解或有一定实用价值。 10 合计 100 意见及建议：

评阅人签名： 年 月 日 附表4： 天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表

学生姓名 童芳林 学院名称 电气工程与自动化 专业班级 电气094班

题目 磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性研究 1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩： 指导教师签字： 年 月 日 2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：

答辩主席（或组长）签字： 年 月 日 3．毕业设计（论文）总成绩：

a.指导教师 给定成绩 b.评阅教师 给定成绩 c.毕业答辩成绩 总成绩 (a×0.5+b×0.2+c×0.3)

成绩： 成绩： 摘 要 近些年，无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。作为一种新型的无线电能传输方式，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输功率大、传输距离远、能量传输效率高、穿透性强，以及无方向性等特点。 目前，磁耦合谐振式无线电能传输距离为几十厘米，传输效率可以达到90%，传输功率可以达到瓦级。通过对磁耦合谐振式无线电能传输的基本特性的深入研究，可扩大传输范围、增强传输效率，具有重要的研究价值和实用价值。 本文首先利用耦合模理论分析了磁耦合谐振式无线传能的机理，然后建立等效模型，在理论上研究了系统的频率特性并得到了频率分裂现象的规律，接着由频率特性进一步推导得到了系统的距离（包括轴向和径向距离）特性和方向特性。为了进一步验证理论分析的正确性，本文设计了磁耦合谐振式无线传能的实验系统，具体包括：信号源、功率放大器、发射与接收系统以及整流调压电路等。利用实验电路对本文所提理论进行实验验证，包括频率、距离、方向等特性实验，实验结果与理论分析具有较好的一致性，证明了设计方案的有效性。

关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；频率特性；距离特性；方向特性 ABSTRACT In recent years, more and more widely attention has been paid to wireless power transmission technology. As a new type of wireless power transmission technology, wireless power transfer technology via magnetic resonance coupling has the characteristics of a higher transfer power, a longer transfer distance and a very higher efficiency, and which can be nearly non-directional and be able to go through various non-metallic objects. At present, magnetic coupling resonant wireless power transmission distance can be from scores of centimeters to several meters, transmission efficiency can reach 90%, and transmission power can reach watt grade. Via the in-depth study on the basic characteristic of the magnetic coupled resonant wireless power transfer, we can expand the scope of transport, and enhance the transport efficiency, which has important research value and practical value. Firstly this paper had been studied the mechanism of wireless power transfer via magnetic resonance coupling by using the coupled mode theory, then it was theoretical studied the frequency characteristics of the system and the frequency splitting phenomena via establishing the equivalent model. Followed by the frequency characteristics were the system's distance (including the axial and radial distance) characteristics and direction characteristics. In order to verify the correctness of theoretical analysis, this paper had also been designed the experiment system of magnetic coupling resonant wireless energy transfer, it specifically included: signal source, power amplifier, transmitting and receiving system, and a rectifying voltage regulating circuit. The theory proposed on this paper was verified by experiments on the circuits of the above design, which including frequency, distance, direction and other characteristic experiments. The experimental results were in good agreement with the theoretical analysis, which proved the validity of the design.