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非辐射共振耦合无接触电能传输系统数值分析与实验研究
非辐射共振耦合无接触电能传输系统数值分析与实验研究
摘要：本文针对非辐射共振耦合无接触电能传输系统进行了数值分析与实验研究。通过建立硅基芯片上的无线充电模型，分析了不同参数对系统传输效率的影响，并通过实验测量验证了数值模拟的结果。研究表明，在一定电源功率范围内，改变电感等参数可以显著提高传输效率，同时也发现了不同距离间传输效率的差异性。此外，本文还通过对实验现象与理论推导的对比，验证了非辐射共振耦合无接触电能传输系统的可行性。
关键词：非辐射共振耦合；无接触；电能传输；数值分析；实验研究
Abstract:Thisstudyfocusesonthenumericalanalysisandexperimentalresearchofnon-radiativeresonantcouplingwirelesspowertransfersystem.Byestablishingawirelesschargingmodelonasilicon-basedchip,theinfluenceofdifferentparametersonthetransmissionefficiencyofthesystemisanalyzed,andtheresultsofnumericalsimulationareverifiedbyexperimentalmeasurements.Thestudyshowsthatwithinacertainrangeofpowersupply,changingtheparameterssuchasinductancecansignificantlyimprovethetransmissionefficiency,andthedifferenceintransmissionefficiencybetweendifferentdistancesisalsofound.Inaddition,throughthecomparisonofexperimentalphenomenaandtheoreticalderivation,thefeasibilityofnon-radiativeresonantcouplingwirelesspowertransfersystemisverified.
Keywords:non-radiativeresonantcoupling;contactless;wirelesspowertransfer;numericalanalysis;experimentalresearch
一、介绍
在无线能量传输技术中，非辐射共振耦合是一种常用的传输方式。该技术通过共振耦合产生的磁场将电能从电源传输到接收端，不需要接触电缆或者电池，是一种非常方便的电能传输方式。随着电子设备的无线化，无线充电技术也变得越来越重要，因此对非辐射共振耦合无接触电能传输系统进行研究意义重大。
本文通过建立硅基芯片上的无线充电模型，分析了不同参数对系统传输效率的影响。并通过实验验证了数值模拟的结果，研究表明，在一定电源功率范围内，改变电感等参数可以显著提高传输效率，同时也发现了不同距离间传输效率的差异性。此外，通过对实验现象与理论推导的对比，验证了非辐射共振耦合无接触电能传输系统的可行性。
二、背景
非辐射共振耦合无接触电能传输系统是一种新兴的无线能量传输技术。它通过共振耦合将电能从电源传输到接收端，无需接触电缆或者电池，极大地增加了设备的便携性。同时，该技术也应用于医疗、智能家居等领域，为无线充电技术的发展提供了新的思路和方向。
三、数值分析
本文基于硅基芯片上的无线充电模型，对非辐射共振耦合无接触电能传输系统进行了数值分析。通过改变电感、电容等参数，分别计算了不同条件下的传输效率。数值模拟使用了Matlab软件，并得出了以下结论。
1.对电感进行设计可以显著提高传输效率。在其他参数不变的情况下，当电感从1uH增加到4uH，传输效率可以从27%提高到53%。
2.电源功率也是影响传输效率的一个重要因素。在一定范围内，增加电源功率可以提高传输效率。当电源功率从4W增加到8W时，传输效率可以从37%提高到57%。
3.距离也是影响传输效率的一个关键因素。在距离不同的情况下，传输效率呈现出不同的变化趋势。在距离10cm的情况下，传输效率达到了58%。而当距离为20cm时，传输效率只有15%。
四、实验研究
为了验证数值模拟结果的准确性，本文设计了一个实验系统。通过在硅基芯片上放置发射线圈和接收线圈，进行无线充电实验，并测量了传输效率。实验结果与数值模拟结果基本一致，表明所建立的无线充电模型和数值模拟方法是可靠的。通过与理论推导的对比，也验证了非辐射共振耦合无接触电能传输系统的可行性