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    摘要目前，传统的电线传输能量的方式已不能满足人们的需求，人们开始对无线功率传输展开广泛而深入的研究。本文首先介绍了无线功率传输的研究背景、国内外发展现状以及基于磁耦合无线功率传输谐振器的基本原理与结构模型；然后围绕如何提高谐振器的传输效率，从最基本的单环圆形谐振线圈结构出发，不断改进其参数和结构，由单环改为多环、收发线圈之间引入中继线圈、调节到最佳的端口阻抗值等，结合理论分析、公式推导、仿真验证，最终找到了多种有效提高效率的方法，并达到了所要求的谐振器设计指标。30906
    毕业论文关键词  无线功率传输   磁耦合  最大效率   中继线圈
    Title Studies on Resonators  used in Magnetically Coupled Wireless  Power Transmission System
    Abstract Currently, the traditional way of  energy transmission by wire is unable  to meet people's requirements; therefore, studies on  wireless power transmission  has  caused a wide range of attention. In this paper, research background and development of the studies on wireless power transmission are firstly introduced. Then, the basic principles and structure of the model, saying,  the resonators used for magnetically coupled wireless power transmission are studied. The main part of the paper is focused on how to improve the transmission efficiency of the resonator, the most basic  structure of  single-ring circular resonant coil; by modifying the structures like  replacing the  single ring coil to the multi-ring one,  introducing the repeating coil between the transmitting  coil  and the receiving  coil, or adjusting the port impedance values  to the optimal one. By combining the theoretical analysis, derivation and simulation,   some effective methods to improve  the transmission  efficiency  are  ultimately found, meanwhile,  the  required design specifications of the resonator are also achieved.  
    Keywords   Wireless power transfer   Magnetic coupling   Maximum efficiency   Repeating coil   
    目次
    1绪论1
    1.1研究背景1
    1.2国内外发展现状1
    1.3应用前景与展望2
    1.4本文研究目的与内容2
    2磁耦合无线功率传输谐振器理论分析4
    2.1磁耦合无线功率传输系统组成4
    2.2双线圈磁耦合无线功率传输谐振器的原理5
    2.3引入中继线圈的磁耦合无线功率传输谐振器的研究6
    2.4本章小结7
    3等效二端口网络最大效率传输的条件分析与验证8
    3.1二端口网络最大效率传输理论8
    3.2二端口网络理论的ADS仿真验证11
    3.3本章小结13
    4提高谐振器传输效率的方法研究与验证15
    4.1单环双线圈无线功率传输谐振器15
    4.2多环螺旋线圈无线功率传输谐振器18
    4.3引入中继线圈的无线功率传输效率分析20
    4.4单环双线圈谐振器的CST优化结果与讨论22
    4.5本章小结23
    结论24
    致谢25
    参考文献26
    1  绪论 1.1  研究背景 提到功率或是电力的传输，我们首先想到的都会是电线的运用，无论是高空输电线的架设还是地面的走线布线，以及各种家用电器与插座的连接，都离不开电线。传统的功率传输是借由大量的电线来完成功率的传输，并且这种利用电线传输功率的方法在目前仍然占据着主导地位。 但是，在使用传统方式传输功率的过程中，人们越来越多地发现其各种各样的弊端。比如导线、插座金属孔裸露在外会引发触电危险；电线之间摩擦可能引发电火花，尤其在矿井、油田等危险场所将造成极大的安全隐患；再加上电线堆积既浪费空间又不美观，插头接口标准不一、难以匹配且容易损坏；还存在着电线磨损、老化等需要及时更新换代的问题；更深层的，会引起金属、塑料等资源的浪费以及环境污染的问题。 于是，人们开始探索采用无线的方式传输功率。该方式核心部分是采用两组独立的线圈结构作为发射端与接收端，利用线圈间的电磁谐振耦合效应完成电能的传输。这样的传输更加灵活更加自由，因此引起了学者极大的关注与积极的探索。 1.2  国内外发展现状 1.2.1   国外发展现状 对于无线功率传输的研究可以追溯到十九世纪末，尼古拉• 特斯拉对于无线电能传输提出了著名的“Tesla Tower”的设想，是将地球和大气层作为媒介，利用电磁辐射来进行能量的传输，期望在整个世界范围内构建一个无线功率传输的体系[1]。然而，由于特斯拉耗尽了资金，而后续的投资却又没能跟上，这个设备并没有真正投入使用，后来在第一次世界大战期间被当作废金属拆除。在接着的几十年里，无线传输的前景一度迷失，直到微波技术的到来，人们才重新开始研究无线传输技术。在20世纪70年代晚期，对无线传输的研究兴趣再次到达了顶峰，在这个时期，利用基于空间的装置，无线传输被用作长距离能量传输的一种方式。之后，新西兰奥克兰大学的 Boys 教授，定义了感应耦合电能传输的概念，建立了规范的理论体系，并率先开展了植入式生物医学无线供电和无线充电电车的研究[2]。后来成功实现了国家地质公园电动游览车非接触供能，并由此促进了电动汽车发展，无线传输开始广泛用于各国的生产与交通运输中去。无线功率传输发展过程中另一个里程碑事件是：美国麻省理工学院研究人员于 2007年实现了利用两组距离 2米的谐振线圈，依据电磁谐振耦合技术，完全点亮了 60W 的灯泡[3]。
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