目录

第一章绪论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.2无线电能传输的发展现状 1

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3课题研究的主要内容 4

1.4本章小结 5

第二章谐振式无线电能传输原理与数值分析 6

2.1谐振电路理论 6

2.1.1RLC串联谐振网络的分析 6

2.1.2RLC并联谐振网络的分析 7

2.2谐振式无线电能传输补偿结构理论分析 8

2.2.1互感耦合模型分析 9

2.2.2SS（原边串联-副边串联）补偿结构理论分析 10

2.2.3SP（原边串联-副边并联）补偿结构理论分析 16

2.3频率特性对SS、SP谐振网络影响的研究 21

2.4本章小结 24

第三章耦合平台仿真分析 25

3.1平台材料选取 25

3.2耦合线圈的特性分析 25

3.2.1发射线圈中心孔大小对耦合系数的影响 27

3.2.2磁芯大小对线圈耦合系数的影响 28

3.2.3线圈位置移动对耦合系数的影响 29

3.3本章小结 31

第四章电路仿真及原理分析 32

4.1电路仿真研究 32

4.2建立电路仿真模型 32

VII

4.3整流电路设计 35

4.4DC-DC直流斩波电路设计 36

4.5逆变电路设计 37

4.5.1缓冲电路设计 39

4.6本章小结 40

第五章总结和展望 41

致谢 42

参考文献 43

第一章绪论

1.1课题研究背景与意义

最早提出采用无线方式进行电能传输设想的是著名物理学家尼古拉•特斯拉，他在1914年提出了一个具有创造性的设想[1]，他计划在美国长岛建立一个高塔（这个高塔被后世人称为特斯拉电塔），然后利用高塔向整个地球进行无线电能输送，但是由于当时的科学技术水平限制以及资金各方面匮乏，最终导致这个计划以失败告终，但也为以后的无线电能传输的研究提供了借鉴意义。2007年，美国麻省理工学院（MIT）的科研小组利用磁耦合谐振原理，采用两个完全相同的铜线圈，成功点亮了一个功率为60W两米之外的灯泡[2]，这次实验的成功为无线电能传输技术的研究提供了新的思路与方法。

无线电能传输为非接触电能传输，与传统有线电能传输不同，无线电能传输省去了复杂繁琐的布线以及各种连接器件，取而代之的是发射器和接收器。发射器将电能转换为其他形式可无线传播的能量，然后接收器再将接收到的其他形式能量转换为实际工作设备可以利用的电能。因此，无线电能传输可以免去很多传统有线电能传输所面临的问题，比如由于线路摩擦和老化引起的触电风险等安全问题，在特殊场合下比如矿井、高山等地势险要的地方布线不便的问题。同时随着科技的发展，便携式电子设备和植入式医疗设备对无线充电都有很大的需求。同时新能源发展越来越得到重视，电动汽车等大功率环保产品不断进入人们的视野，而使用这类产品关键点就在于怎么解决充电的问题，无线电能传输的出现使得电动汽车的发展进入到一个新的高度，可以在免去充电桩的情况下对汽车进行快速充电。随着科技的发展，智能家居理念开始应用到高档装修中去，这样可以免去室内复杂的布线扩大可利用空间，消除了安全隐患同时使产品更加简洁、美观、高效。