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1、学号Tianjin TianShi College 本科生毕业设计（论文）院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：无线电能传输装置的设计Design of Wireless Power Transfer Device院 别： 信息与自动化学院专 业： 电子信息工程年 级： 学生姓名： 指导老师： 院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的设计（论文）是本人
2、在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果，除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名（手签）： 年 月 日摘 要无线电能传输技术是近几年来兴起的一种新型能量供应方式。传统通过金属接触直接供电的电能传输方式，存在如滑动磨损、接触火花、不安全导体裸露等隐患。为了改善传统导线电路电能传输的弊端,本论文设计了一种近距离无线电能传输系统。它克服了传统电能传输方法的诸多不足，在一些易燃、易爆、潮湿的特殊环境，可以在不接触的
3、情况下,完成电能的高效传输。论文介绍了实现无线电能传输的三种方式，比较后选择磁耦合谐振方式实现无线电能传输。本文基于耦合模型理论详细分析了磁耦合谐振无线电能传输的工作原理，通过计算推导得出提高本系统能量传输效率公式。本系统由电源电路、高频逆变电路、发射和接收线圈、整流滤波电路几个部分组成。本设计核心部分是实现源线圈跟设备线圈之间的自谐振强耦合。通过高频逆变电路的E类功率放大实现将输入的直流电转变为高频交流电的功能。高频交流电由发射线圈转换为磁能并发送。接收线圈则负责接收磁能并将其转换为交流电信号，再通过后级的整流滤波电路将交流信号转换为直流信号用以驱动作为负载的2个串联的LED（1W），从而实
4、现系统的无线电能传输。本设计的无线电能传输装置，输出电压为5.3V，频率为999.6KHz，系统效率达到23%，成功将距离发射线圈23cm处的LED灯点亮。关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；振荡电路ABSTRACTWireless power transmission technology in recent years the rise of a new mode of energy supply. Traditional metal contact directly powered by electricity transmission, there is a sliding abrasi
5、on, contact with sparks, insecurity and other risks exposed conductor. In order to improve the shortcomings of the traditional wire circuit power transmission, this paper designed a short distance wireless power transmission system. It overcomes many shortcomings of traditional methods of power tran
6、smission, in some flammable, explosive, humid special environment, without contact, complete and efficient transmission of electrical energy.This paper introduces the realization of wireless power transmission in three ways, compare and select magnetically coupled resonant wireless power transmissio
7、n achieved. Based on a detailed analysis of the theory of coupled model is magnetically coupled resonant wireless power transmission works, deduced by calculating the energy transfer efficiency of the system to improve the formula.The system consists of a power supply circuit, high-frequency inverte
8、r circuit transmitting and receiving coils, composed of several parts rectifier filter circuit. The core of the design is to achieve self-resonant strong coupling source coil with equipment between the coils. By E class power amplifier to achieve high-frequency inverter circuit input DC into high fr
9、equency alternating current function. High frequency alternating current is converted to magnetic energy from the transmitter coil and transmitted. The receiving coil receives the AC magnetic energy and converts it into an electric signal, and then through the subsequent stage of the AC rectifier fi
10、lter circuit signal into a DC signal for driving a load of 2 as a series of LED (1W), in order to achieve a radio system energy transmission.Wireless power transmission device design, the device output voltage is 5.3V, frequency of 999.6KHz, system efficiency of 23%, success will light emitted from
11、the LED lamp at 23cm coil.Key Words:Wireless power transfer；Magnetic coupling resonance；Oscillation circuit目 录1 引言11.1 课题研究目的与意义11.2 课题研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状22 无线电能传输的理论分析42.1 无线电能传输方式42.1.1 微波电能传输方式42.1.2 感应耦合电能传输方式42.1.3 磁耦合谐振电能传输方式52.1.4 无线电能传输方式比较52.2 磁耦合谐振无线电能传输工作原理62.2.1 理想情况下耦合模型理论的工作
12、原理62.2.2 实际情况下耦合模型理论的工作原理72.3 磁耦合谐振无线电能传输效率的计算72.3.1 谐振线圈中参数的计算72.3.2 能量传输效率的计算83 无线电能传输系统方案选择93.1 系统构成93.2 驱动电路模块方案选择93.2.1 高频逆变电路方案选择93.2.2 激励产生电路方案选择103.3 整流滤波电路方案选择113.3.1 整流电路方案选择113.3.2 滤波电路方案选择113.4 线圈结构方案选择124 系统硬件设计144.1 系统总体框图设计144.2 单元电路设计144.2.1 电源电路设计144.2.2 信号发生电路设计164.2.3 高频逆变电路设计164.
13、2.4 发射及接收线圈174.2.5 整流滤波电路175 电路测试与分析195.1 测试方案及仪器195.1.1 测试方案195.1.2 测试仪器195.2 单元电路测试与分析195.2.1 电源电路测试与分析195.2.2 信号发生电路测试与分析215.3 统调测试与分析225.3.1 测试环境225.3.2 线圈测试与分析235.3.3 测试线圈距离与输出电压关系245.3.4 测试负载与线圈距离关系245.3.5 测试偏移线圈轴心与输出幅值关系255.3.6 测试最佳的匹配频率值265.3.7 测试频率与电流效率的关系266 结 论27参考文献28附录：电路原理图30致 谢349天津天狮
14、学院2015届本科生毕业设计（论文）1 引言1.1 课题研究目的与意义随着科技与经济水平的发展，我们的身边充斥着越来越多电子设备，人们对电能的消耗越来越大。然而传统电能传输方式通过导线的金属接触直接供电，因要预先架设或铺埋电网，需要大量人力物力。尤其在高山、森林、沙漠、海岛等布线困难的特殊地理环境中架设电力线路困难，有很大的局限性。并且易受环境、天气、地理条件影响，设备维护较困难。因而，人们更加需要对无线电能传输技术进行开发和应用。近年来无线电能传输技术得到了极大的发展，在轨道交通、海洋勘探、生物医学等诸多领域得到了广泛的应用。在医疗方面，如心脏起搏器，患者需要每隔几年做手术更换电池，如能对患者体内植入性医疗器件进行供电，即可避免患者做手术的风险。在交通运输及水下方面，如磁悬浮列车和水下感应充电可进行海底探测等活动应用。日常生活中用于电池充电，为手机、笔记本电脑等设备充电，大大增加设备移动的灵活性。无线电能传输技术不依赖传统的通过有线媒介传输，对于在有线供电部署困难的某些场合供电具有重要的意义。如能研发出大功率、远距离的无线电能传输装置，将引起能源领域一场变革。1.2 课题研究现状1.2.1 国外研究现状国外在无线电能传输技术的研究起步较早。19世纪末，尼古拉特斯拉提出了无线电能传输的概念。在90年代初，新
