無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì)

浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目 ： 電 能 無(wú) 線(xiàn) 傳 輸 裝 置 的 硬 件 設(shè) 計(jì) 作 者 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 院 信 息 工 程 學(xué) 院 提 交 日 期 2016年 06月 10日 浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文電能無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì)作者姓名： 指導(dǎo)教師： 2016 年 6 月 10 日浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technologyfor the Degree of BachelorHardware Design of Wireless Power Transmission EquipmentCollege of Information EngineeringZhejiang University of TechnologyJune 2016浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4浙 江 工 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）任務(wù)書(shū)一、 設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）題目：電能無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì) 二、主要任務(wù)與目標(biāo)：根據(jù)對(duì)電能無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件線(xiàn)路。要求通過(guò)單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)元件，使 LC 電路發(fā)生諧振，實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)囊?，并完成整機(jī)的調(diào)試。三、主要內(nèi)容與基本要求：1.根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的要求完成相關(guān)硬件設(shè)計(jì)，選擇合適的諧振電路形式，使無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男阅苤笜?biāo)處于較好 2. 撰寫(xiě)畢業(yè)論文和提交相關(guān)設(shè)計(jì)文擋、圖紙等。四、計(jì)劃進(jìn)度：2015.12.202016.3.1 收集相關(guān)資料文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)；完成外文翻譯、文獻(xiàn)綜述；熟悉課題，做好開(kāi)題準(zhǔn)備，有初步設(shè)計(jì)方案； 2016.3.23.10 完成開(kāi)題報(bào)告，參加開(kāi)題交流； 2016.3.114.30 完成電能無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì)，接受中期檢查； 2016.5.15.31 制作硬件線(xiàn)路，調(diào)試與改進(jìn)，做出最終設(shè)計(jì)成品。撰寫(xiě)畢業(yè)論文初稿； 2016.6.16.17 論文修改，畢業(yè)答辯，提交相關(guān)文檔資料。五、主要參考文獻(xiàn)：1 傅文珍，張波，丘東元等.自諧振線(xiàn)圈耦合式電能無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)淖畲笮史治雠c設(shè)計(jì),中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)J.2009.6:21-26; 2 翟淵，孫躍，戴欣等.磁共振模式無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)建模與分析,中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)J.2012.4:155-160; 3 于建閣，呂干云，吳張勇等. 基于松耦合變壓器的小功率 CPT 系統(tǒng), 電工電能新技術(shù)J.2012.7:93-96。任務(wù)書(shū)下發(fā)日期 2015 年 12 月 20 日設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）工作自 2015 年 12 月 20 日 至 2016 年 6 月 20 日設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）指導(dǎo)教師 系主任（專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人） 主管院長(zhǎng) 浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文I電能無(wú)線(xiàn)傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì)摘 要 無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)是通過(guò)電磁感應(yīng)、磁耦合諧振、電磁輻射等多種形式實(shí)現(xiàn)非接觸式的新型電能傳輸方式。其中磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)因其傳輸距離適宜、效率較高受到了廣泛的關(guān)注。本文對(duì)磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究此系統(tǒng)的距離特性及效率特性。最后通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，提出一些提高傳輸距離和傳輸效率的方法。主要內(nèi)容如下：（1）首先概述了無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀以及發(fā)展前景。（2）通過(guò)對(duì)磁耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)睦碚摲治?，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路、整流接收電路、輔助電源電路等，并附上原理圖及實(shí)物圖。（3）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，研究了發(fā)射及接收線(xiàn)圈參數(shù)相同時(shí)，傳輸距離與線(xiàn)圈匝數(shù)、線(xiàn)圈直徑、線(xiàn)圈線(xiàn)徑徑、電容大小之間的關(guān)系，以及傳輸效率與以上參數(shù)的關(guān)系。（4）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，提出一些提高傳輸距離和傳輸效率的方法。關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)電能傳輸；磁耦合；傳輸效率；傳輸距離浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文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浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文IKey Words: WPT，magnetic coupling，transmission efficiency，transmission distance目錄摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 緒 論 .11.1 課題研究背景及意義 .11.2 無(wú)線(xiàn)電能傳輸方式 .21.2.1 電磁感應(yīng)式 .21.2.2 磁耦合諧振式 .31.2.3 電磁波輻射式 .31.3 無(wú)線(xiàn)電能傳輸國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .4第 2 章 磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸原理 .62.1 傳輸原理 .62.2 磁耦合 .62.3 電磁感應(yīng)定律 .72.4 諧振頻率 .7第 3 章 磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置的硬件設(shè)計(jì) .83.1 傳輸裝置方案整體設(shè)計(jì) .83.1.1 整體方案設(shè)計(jì) .83.1.2 發(fā)射模塊 .83.1.3 整流接收模塊 .103.2 傳輸裝置的硬件線(xiàn)路設(shè)計(jì) .103.2.1 線(xiàn)圈設(shè)計(jì) .113.2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .113.2.3 整流接收電路設(shè)計(jì) .123.2.4 輔助電源電路設(shè)計(jì) .133.2.5 單片機(jī)控制回路設(shè)計(jì) .143.3 本章小結(jié) .15第 4 章 磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置優(yōu)化改進(jìn) .164.1 研究實(shí)驗(yàn)總體介紹 .164.2 傳輸距離特性實(shí)驗(yàn) .18浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文I4.2.1 線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)傳輸距離的影響 .184.2.2 線(xiàn)圈直徑對(duì)傳輸距離的影響 .194.2.3 線(xiàn)圈線(xiàn)徑對(duì)傳輸距離的影響 .214.2.4 電容參數(shù)對(duì)傳輸距離的影響 .234.3 傳輸效率特性實(shí)驗(yàn) .244.3.1 線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)傳輸效率的影響 .254.3.2 電容參數(shù)對(duì)傳輸效率的影響 .264.3.3 線(xiàn)圈直徑對(duì)傳輸效率的影響 .274.3.4 線(xiàn)圈線(xiàn)徑對(duì)傳輸效率的影響 .284.4 本章小結(jié) .28第 5 章 結(jié)論與展望 .305.1 結(jié)論 .305.2 展望 .30參 考 文 獻(xiàn) .32致 謝 .34浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文I浙江工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第 1 章 緒 論1.1 課題研究背景及意義人類(lèi)社會(huì)自第二次工業(yè)革命以來(lái)，便進(jìn)入了電氣化時(shí)代。大至遍布世界各地的高壓線(xiàn)、電網(wǎng)，小至各種各樣的家用電氣設(shè)備，傳統(tǒng)的電能傳輸主要通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，屬于直接接觸傳輸。這種傳輸方式使用電纜線(xiàn)作為媒介，在電能傳輸?shù)倪^(guò)程中將不可避免的產(chǎn)生一些問(wèn)題。例如尖端放電、線(xiàn)路老化等因素導(dǎo)致的電火花，不僅會(huì)使線(xiàn)路損耗增大，還會(huì)大大降低供電的可靠性和安全性 1，且會(huì)縮短設(shè)備的壽命。在油田、鉆采礦井等場(chǎng)合，用傳統(tǒng)的輸電方式容易由于摩擦而產(chǎn)生微小電火花，嚴(yán)重時(shí)甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，導(dǎo)線(xiàn)直接接觸供電還有電擊的危險(xiǎn) 2-4。這一系列的問(wèn)題都在呼喚著一種擺脫金屬電纜的電能傳輸方式，即無(wú)線(xiàn)電能傳輸。無(wú)線(xiàn)電能傳輸（WPT）是一種有效的新型電能傳輸方法，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電能傳輸，不需要使用電纜或其他實(shí)物就能進(jìn)行電能的傳輸，電能可以通過(guò)短距離耦合，中等范圍的諧振感應(yīng)和電磁波感應(yīng)傳輸，在很難使用傳統(tǒng)電纜的地方也可以實(shí)現(xiàn)電能傳輸 5。實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電能傳輸，將使人類(lèi)在電能方面的應(yīng)用更加寬廣和靈活。電能的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將開(kāi)辟人類(lèi)能源的另一個(gè)新時(shí)代,給大眾帶來(lái)非同凡響的意義和影響。下面將闡述無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)母鞣N優(yōu)點(diǎn)：方便性：現(xiàn)在的電子數(shù)碼產(chǎn)品發(fā)展迅速，相信每個(gè)人出門(mén)都會(huì)帶上一堆數(shù)碼產(chǎn)品，MP3、MP4、相機(jī)、手機(jī)等等。但是問(wèn)題也來(lái)了，每個(gè)數(shù)碼設(shè)備都要配備一個(gè)充電器和數(shù)據(jù)線(xiàn)，不僅攜帶不方便，而且