磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与优化设计

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当前无线电能传输技术被广泛应用于医疗机械、消费类电子产品、电动汽车等领域。但其传输机制不完善以及传输效率较低是限制其发展的关键因素,所以为了解决以上问题,急需对传输系统进行有效的分析和优化设计。  本文首先对无线电能传输技术的研究现状、技术方法和传输方式进行了阐述分析,确定本文研究的传输方式为磁耦合谐振式。采用互感耦合方法对系统建模,推导出负载、传输距离、和最佳传输频率等效率因素之间的相互传输特性。对传输过程中的频率分裂现象进行分析,并结合理论和仿真实验来研究传输系统欠耦合、过耦合以及适度耦合三种工作状态。  其次,对两端传输天线的耦合系数进行理论推导。采用差分进化算法(DE)优化传输天线的半径、线径以及匝数三个变量参数,分别设置不同的变量个数来迭代出满足优化目标的最优参数。仿真结果表明,本文的优化设计可减少系统设计周期,使系统在目标耦合系数为0.5时,相对初始天线效率提高15%。  最后本文在以上研究的基础上,采用耦合模理论分析增量式传输系统,推导并仿真得出增量线圈的最优位置。设计一种增量多接收式传输系统,相比传统多接收传输系统而言,其效率在一定范围内可提高达17%。  综上所述,本文对该传输系统的分析和优化设计能够有效的提高系统的传输效率,减少电能损耗,增加了电能新技术的应用前景。
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