无线电能传输装置的硬件设计

浙江工业大学本科毕业设计论文1本 科 毕 业 设 计 论 文 本 科 毕 业 设 计 论 文 题 目 ： 电 能 无 线 传 输 装 置 的 硬 件 设 计 作 者 姓 名 指 导 教 师 专 业 班 级 学 院 信 息 工 程 学 院 提 交 日 期 2016年 06月 10日 浙江工业大学本科毕业设计论文2浙江工业大学本科毕业设计论文电能无线传输装置的硬件设计作者姓名： 指导教师： 2016 年 6 月 10 日浙江工业大学本科毕业设计论文3Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technologyfor the Degree of BachelorHardware Design of Wireless Power Transmission EquipmentCollege of Information EngineeringZhejiang University of TechnologyJune 2016浙江工业大学本科毕业设计论文4浙 江 工 业 大 学本科生毕业设计（论文、创作）任务书一、 设计（论文、创作）题目：电能无线传输装置的硬件设计 二、主要任务与目标：根据对电能无线传输装置的要求，设计相应的硬件线路。要求通过单片机控制开关元件，使 LC 电路发生谐振，实现电能无线传输的要求，并完成整机的调试。三、主要内容与基本要求：1.根据无线传输装置的要求完成相关硬件设计，选择合适的谐振电路形式，使无线传输的性能指标处于较好 2. 撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸等。四、计划进度：2015.12.202016.3.1 收集相关资料文献，学习相关软硬件基础知识；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案； 2016.3.23.10 完成开题报告，参加开题交流； 2016.3.114.30 完成电能无线传输装置的硬件设计，接受中期检查； 2016.5.15.31 制作硬件线路，调试与改进，做出最终设计成品。撰写毕业论文初稿； 2016.6.16.17 论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。五、主要参考文献：1 傅文珍，张波，丘东元等.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计,中国电机工程学报J.2009.6:21-26; 2 翟渊，孙跃，戴欣等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析,中国电机工程学报J.2012.4:155-160; 3 于建阁，吕干云，吴张勇等. 基于松耦合变压器的小功率 CPT 系统, 电工电能新技术J.2012.7:93-96。任务书下发日期 2015 年 12 月 20 日设计（论文、创作）工作自 2015 年 12 月 20 日 至 2016 年 6 月 20 日设计（论文、创作）指导教师 系主任（专业负责人） 主管院长 浙江工业大学本科毕业设计论文I电能无线传输装置的硬件设计摘 要 无线电能传输技术是通过电磁感应、磁耦合谐振、电磁辐射等多种形式实现非接触式的新型电能传输方式。其中磁耦合谐振式无线电能传输技术因其传输距离适宜、效率较高受到了广泛的关注。本文对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行了硬件设计，并通过对比实验探究此系统的距离特性及效率特性。最后通过对实验数据的分析，提出一些提高传输距离和传输效率的方法。主要内容如下：（1）首先概述了无线电能传输的研究现状以及发展前景。（2）通过对磁耦合无线电能传输的理论分析，设计了驱动电路、整流接收电路、辅助电源电路等，并附上原理图及实物图。（3）通过对比实验的方法，研究了发射及接收线圈参数相同时，传输距离与线圈匝数、线圈直径、线圈线径径、电容大小之间的关系，以及传输效率与以上参数的关系。（4）通过对实验数据的分析，提出一些提高传输距离和传输效率的方法。关键词：无线电能传输；磁耦合；传输效率；传输距离浙江工业大学本科毕业设计论文IHARDWARE DESIGN OF WIRLESS POWER TRANSMISSION EQUIPMENTABSTRACTWireless Power Transmission(WPT) technology is non-contact new electric transmission way through various ways such as electromagnetic induction, magnetic resonance coupling, electromagnetic radiation and so on. Among them, the magnetic coupling resonance type radio transmission technology has received extensive attention because of its suitable transmission distance and high efficiency.In this passage, the hardware design of magnetically coupled resonant wireless power transmission system is stated. And we use the comparative experiments to explore the distance characteristics and efficiency characteristics of the system. Finally, according to the analysis of the experimental data, some methods are put forward to improve the transmission distance and transmission efficiency. The main contents are as follows. First of all, the research status and development prospects of wireless power transmission are summarized. Through the theoretical analysis of the magnetic coupling radio transmission, the driving circuit, the rectifier receiving circuit, the auxiliary power supply circuit are designed, and the schematic diagram and the physical map are attached. On condition of the transmission and the receiving coil parameters being the same, the relationship between the number of coils, the diameter of the coil, the diameter of the coil, the size of the capacitor, and the transmission distance ,and the relationship between the transmission efficiency and the above parameters are mentioned by comparative experiments. some methods are put forward to improve the transmission distance and transmission efficiency浙江工业大学本科毕业设计论文IKey Words: WPT，magnetic coupling，transmission efficiency，transmission distance目录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪 论 .11.1 课题研究背景及意义 .11.2 无线电能传输方式 .21.2.1 电磁感应式 .21.2.2 磁耦合谐振式 .31.2.3 电磁波辐射式 .31.3 无线电能传输国内外研究现状 .4第 2 章 磁耦合谐振式无线电能传输原理 .62.1 传输原理 .62.2 磁耦合 .62.3 电磁感应定律 .72.4 谐振频率 .7第 3 章 磁耦合谐振式无线电能传输装置的硬件设计 .83.1 传输装置方案整体设计 .83.1.1 整体方案设计 .83.1.2 发射模块 .83.1.3 整流接收模块 .103.2 传输装置的硬件线路设计 .103.2.1 线圈设计 .113.2.2 驱动电路设计 .113.2.3 整流接收电路设计 .123.2.4 辅助电源电路设计 .133.2.5 单片机控制回路设计 .143.3 本章小结 .15第 4 章 磁耦合谐振式无线电能传输装置优化改进 .164.1 研究实验总体介绍 .164.2 传输距离特性实验 .18浙江工业大学本科毕业设计论文I4.2.1 线圈匝数对传输距离的影响 .184.2.2 线圈直径对传输距离的影响 .194.2.3 线圈线径对传输距离的影响 .214.2.4 电容参数对传输距离的影响 .234.3 传输效率特性实验 .244.3.1 线圈匝数对传输效率的影响 .254.3.2 电容参数对传输效率的影响 .264.3.3 线圈直径对传输效率的影响 .274.3.4 线圈线径对传输效率的影响 .284.4 本章小结 .28第 5 章 结论与展望 .305.1 结论 .305.2 展望 .30参 考 文 献 .32致 谢 .34浙江工业大学本科毕业设计论文I浙江工业大学本科毕业设计论文1第 1 章 绪 论1.1 课题研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性 1，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险 2-4。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输 5。实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响。下面将阐述无线电能传输的各种优点：方便性：现在的电子数码产品发展迅速，相信每个人出门都会带上一堆数码产品，MP3、MP4、相机、手机等等。但是问题也来了，每个数码设备都要配备一个充电器和数据线，不仅携带不方便，而且