论文总字数：25867字

摘 要

16012223 马一鹤

指导老师 谭林林

从人类社会诞生和发展的整个过程来看，能源问题始终都是整个人类社会所关注的重要问题。尤其是随着全球化石燃料的日益紧缺和越发严重的环境问题，人们对于未来交通工具的发展方向和能源供给方式提出了新的要求。电动汽车凭借清洁，无污染，能源供给前景充足等优势成为人们关注的重点。但是传统的电动汽车也存在着诸多缺点，比如使用有线充电的形式，充电时需要停车并保持静止；受电池相关技术影响，电池组所占空间大，且续航里程往往较短，所需充电时间长，充电次数频繁等。

在逐步的思考和摸索中，基于磁耦合谐振原理的无线供电系统走进了人们的视野。这种系统的出现成功克服了上述有线充电的诸多缺点，使人们的生活更加的安全和便捷。随着无线电能传输技术逐渐深入的应用，人们对于无线供电的要求也越发的迫切。本文以无线能量传输系统为研究基础，首先对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行了研究。并以耦合模理论作为突破口，建立了磁耦合谐振式无线电能传输系统的模型，从而进一步推导出系统传输的效率公式，得出影响系统效率的因素。其次本文结合现实生活中实际使用的需求，对十字路口处电动汽车充电车位进行设计，并探究电动汽车在十字路口等待时其充电功率和效率随停入车辆的数量变化的情况。最后利用Matlab对能量发射导轨和拾取线圈进行建模分析，并对不同情况下的充电情况进行仿真。最后结合仿真结果，提出多车辆充电时的优化方案。

关键词：电动汽车；无线电能传输；磁耦合谐振；互感；集中式供电导轨。

Abstract

From the perspective of the whole process of the birth and development of the human society, the energy issue has always been an important issue concerned by the whole human society.Especially with the increasing shortage of global fossil fuels and the increasingly serious environmental problems, people have a new demand for the development direction and the way of energy supply in the future. With the advantages of clean, pollution-free, energy supply and so on, the electric vehicle has become central concerns for people to solve the the problem of shortage of energy.However, the traditional electric vehicle has many shortcomings, such as the use of the form of the wired charging and the charging process needs the car to stop and stand still. Under the influence of battery technology, battery occupies large space and mileage tend to be shorter.Also, it required long charging time;

In the step of thinking and groping, the wireless power supply system based on the principle of magnetically coupled resonant has entered people's field of vision. The success of this system overcomes many shortcomings of the wired charging, and makes people's life more safe and convenient. With the gradual deepening of the application of radio transmission, the demand for wireless power supply becomes more and more urgent.This article is based on the research of wireless energy transmission system. Firstly, the technology of magnetically coupled resonant wireless power transmission is studied. With the coupled-mode theory as a breakthrough, the model of magnetically coupled resonant wireless power transmission system is established, and the efficiency formula of system transmission is deduced. Secondly, combining with real life in the demand of the actual use, the design of electric vehicle charging parking spaces at the intersection is put forward, and explore the change of charging power and efficiency with the change of the number of vehicles parked when the electric vehicles in the intersection waiting.Finally, using Matlab to model and analyze the energy transmitting guide rail and pick-up coil, and get the simulation of the charging conditions in different situations. Finally, according to the simulation results, the optimization scheme of multi vehicle charging is proposed.

KEYWORDS: Electric Vehicle；Wireless Power Transmission；Magnetic Coupling Resonance；Mutual Inductance；Centralized Power Supply

目 录

十字路口处多车辆短时无线充电研究 I

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 无线电能传输技术的研究背景和意义 1

1.1.1 无线电能传输技术的发展简史 1

1.1.2 电动汽车的兴起与无线电能传输 1

1.2 无线电能传输的基本结构和工作原理 2

1.2.1 磁感应耦合式无线电能传输 2

1.2.2磁耦合谐振式无线电能传输 3

1.2.3电磁辐射式无线电能传输 3

1.3 国内外研究现状 4

1.4 本无主要研究内容 4

1.4.1 磁耦合谐振式无线电能传输的基本原理 4

1.4.2 方形线圈间互感的计算 4

1.4.3 充电车位数量的设计还有充电车辆数量对于系统功率和效率的影响 4

1.5 本章小结 5

第2章 磁耦合共振无线供电系统分析 6

2.1 耦合模理论 6

2.2 引入阻抗 6

2.3 集肤效应 6

2.4 线圈的电路模型 7

2.5 收发装置的基本拓扑结构 7

2.5.1 接收端串联谐振电路 8

2.5.2 接收端并联谐振电路 9

2.5.3 影响效率的因素分析 10

2.6 本章小结 11

第3章 任意位置两矩形线圈互感的计算 12

3.1 矩形线圈在空间任意一点处的磁感应强度 12

3.1.1 线电流产生的磁场计算 12

3.1.2 矩形环流产生的磁场计算 13

3.2 任意位置两矩形线圈的互感系数 15

3.3 本章小结 17

第4章 十字路口处无线供电系统设计 18

4.1 导轨模型分类和选择 18

4.1.1 集中式供电导轨 18

4.1.2 分段式供电导轨 19

4.2 充电车位设计 20

4.2.1 充电车位个数设计 21

4.2.2 车位状态检测 21

4.3 系统电路模型及理论分析 22

4.4 本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

绪论

无线电能传输技术的研究背景和意义

无线电能传输，顾名思义就是不利用导线或者其他的传统媒介实现电能的传输。其利用特殊装置将发射端的电源电能转换为可以在空间中无线传播的能量，进而在接收端重新将这种能量转化为电能，这样就实现了电能的无线传播。这项技术的提出可以解决传统接触式传导输电所带来的诸多不便和存在的安全隐患，又可以很好提高电动汽车在现实生活中的实用性，可以说，无线电能传输是一项值得重点研究,用以解决能源问题的跨时代的技术。

无线电能传输技术的发展简史

1831年，Michael Faraday发现了电磁感应这一现象，从而揭开了无线电能传输的神秘面纱，为以后无线电能传输的发展奠定了理论基础。60多年之后，疯狂的天才Nikola Tesla做了一次疯狂的设想——电力可以像广播一样在空间内广泛的传播。他把地球当做内导体，把距离地表六十千米的电离层当做外导体，建立八赫兹左右的低频谐振，用环绕地球表层的电磁波传递电能^[1]。

1968年美国航空工程师 Peter E. Glaser 提出利用微波从太阳能卫星向地面传输电能的想法，即在地球同步轨道上建立空间太阳能发电站(SPS)^[2]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：25867字