高空间自由度磁耦合无线电能传输技术及应用

提升磁耦合无线电能传输空间自由度是满足大间隙、宽区域供用电需求的关键。本书以高空间自由度磁耦合无线电能传输为研究对象，结合无线电能传输技术发展趋势和典型应用实际需求，从无线电能传输间隙距离和供电区域面积这两个主要空间自由度指标出发，深入剖析大间隙无线电能传输的对称磁耦合机构、非对称磁耦合机构和功效协同优化控制，以及宽区域无线电能传输的高效低成本设计、干扰场复合抑制和高扩展度动态稳定供电等关键问题，相应地提出高空间自由度无线电能传输电磁耦合调控方法及应用框架，以期推动无线电能传输技术理论和工程应用发展。

目录
“博士后文库”序言
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 磁耦合无线电能传输技术国内外研究现状概述 3
1.3 高空间自由度磁耦合无线电能传输研究现状 7
1.3.1 大间隙磁耦合无线电能传输研究现状 7
1.3.2 宽区域磁耦合无线电能传输研究现状 11
1.3.3 高空间自由度无线电能传输典型电网应用研究现状 15
1.4 高空间自由度磁耦合无线电能传输技术及其应用关键问题 20
1.5 本书主要内容及章节组织结构 21
第2章 磁耦合无线电能传输机理与大间隙对称磁耦合机构 25
2.1 引言 25
2.2 磁耦合无线电能传输原理与特性 26
2.2.1 磁耦合无线电能传输原理概述 26
2.2.2 磁耦合无线电能传输等效电路模型与传能特性 27
2.3 大间隙对称磁耦合传输机构设计与优化 30
2.3.1 典型共轴对称线圈磁耦合性能分析 30
2.3.2 参数解耦转换及耦合线圈损耗优化 34
2.3.3 大间隙对称磁耦合机构电网应用设计 37
2.4 高压工况下大间隙对称磁耦合系统传输性能 40
2.4.1 高压绝缘子串及其组件对磁耦合性能影响分析 40
2.4.2 高压绝缘子串对磁耦合性能影响仿真计算 45
2.5 高压工况下大间隙对称磁耦合机构多目标优化 47
2.5.1 基于轴间距的磁耦合性能优化 47
2.5.2 基于高磁导率材料层的磁耦合性能优化 49
2.6 高压工况电磁交互影响分析与系统性能实验验证 53
2.6.1 高压工况与无线电能传输系统电磁交互影响 53
2.6.2 大间隙无线电能传输系统性能实验验证 57
2.7 本章小结 60
第3章 大间隙非对称磁耦合机构及高压工况电磁空间分布适应性调控 62
3.1 引言 62
3.2 高压工况无线电能传输距离扩展方法及典型耦合机构特性 63
3.2.1 基于高压跳线的无线电能传输距离适应性扩展方法 63
3.2.2 典型共轴与共面型磁耦合机构电磁场空间分布规律 64
3.2.3 典型共轴与共面型磁耦合机构电磁耦合特性分析 66
3.3 共面型磁耦合机构基本参数与耦合性能影响规律 68
3.3.1 基于发射线圈延伸的共面型磁耦合机构性能优化 68
3.3.2 基于发射线圈离散的共面型磁耦合机构性能优化 69
3.3.3 离散共面型磁耦合机构传输性能分析 70
3.4 适应高压工况的共面型磁耦合机构电磁空间分布适应性调控 71
3.4.1 共面型磁耦合机构参数适应性调控 71
3.4.2 基于高磁导率材料层的磁耦合性能及电磁空间分布优化 75
3.4.3 共面型磁耦合机构参数优化设计方法 80
3.5 高压工况非对称磁耦合机构交互影响分析与系统性能实验验证 81
3.5.1 高压线路与非对称磁耦合机构电磁交互影响分析 81
3.5.2 高压工况对非对称磁耦合机构传输性能影响分析 82
3.5.3 系统性能实验验证 84
3.6 本章小结 87
第4章 大间隙无线电能传输谐振频率跟踪及负载匹配协同控制方法 89
4.1 引言 89
4.2 大间隙无线电能传输系统频率与负载特性 90
4.2.1 系统电路模型与基波特性分析 90
4.2.2 频率特性 92
4.2.3 负载特性 94
4.3 大间隙无线电能传输谐振频率自适应跟踪方法 95
4.3.1 系统效率及功率特性与频率跟踪策略 95
4.3.2 步长自适应频率跟踪算法设计与仿真验证 96
4.4 大间隙无线电能传输负载匹配与状态反馈策略 99
4.4.1 输出电压与负载匹配协同控制 99
4.4.2 负载匹配拓扑及控制策略 101
4.4.3 系统状态反馈 103
4.5 谐振频率跟踪及负载匹配动态协同控制方法 104
4.5.1 动态协同控制方法 104
4.5.2 仿真与实验验证 107
4.6 本章小结 113
第5章 宽区域无线电能传输矩阵式耦合机构及配置策略 114
5.1 引言 114
5.2 非对称线圈单元高效稳定耦合区域扩展方法 115
5.2.1 绕组组合式线圈耦合调控原理与准均匀耦合设计 115
5.2.2 非对称耦合线圈单元高效耦合区域扩展条件 118
5.2.3 宽区域准均匀耦合线圈单元构建方法及巡检无人机应用 119
5.3 基于非对称线圈单元组合的供电区域模块化高效扩展策略 124
5.3.1 绕组组合式发射线圈高效组合运行方法 124
5.3.2 适应电网无人机的矩阵式耦合机构及拓扑 128
5.4 接收端受电位置精准检测与矩阵网络配置策略 131
5.4.1 基于耦合极性变换的接收端受电位置精准检测策略 131
5.4.2 接收端受电位置精准检测耦合识别方法 133
5.4.3 接收端受电位置精准检测及矩阵网络配置算法 135
5.5 宽区域矩阵式无线电能传输系统构建与实验验证 138
5.5.1 系统样机及实验平台搭建 138
5.5.2 宽区域准均匀非对称耦合线圈测试及分析 139
5.5.3 系统接收端受电位置检测实验及分析 140
5.5.4 系统整体性能实验测试 142
5.6 本章小结 143
第6章 高互操作性无线电能传输耦合区域扩展及干扰场复合抑制方法 144
6.1 引言 144
6.2 高互操作性无线电能传输耦合区域高效扩展方法 145
6.2.1 基于双扩展发射线圈的宽区域无线电能传输互操作性提升策略 145
6.2.2 双扩展发射线圈无线供电性能及干扰场影响效应 146
6.3 干扰场复合抑制的自解耦与主动屏蔽策略 148
6.3.1 双扩展发射线圈自解耦策略 148
6.3.2 双扩展发射线圈主动屏蔽策略 151
6.4 双扩展发射线圈自解耦与主动屏蔽设计方法 151
6.4.1 自解耦与主动屏蔽线圈参数设计算法 151
6.4.2 自解耦与主动屏蔽设计扩展应用方法 154
6.5 供电区域扩展及干扰场复合抑制性能仿真与实验验证 155
6.5.1 耦合性能与空间电磁场分布仿真验证 155
6.5.2 系统样机平台构建及实验验证 158
6.6 本章小结 161
第7章 移动负载无线供电高扩展度耦合机构及输出稳定性动态调控方法 163
7.1 引言 163
7.2 移动负载无线供电高扩展度耦合机制与性能分析 164
7.2.1 移动负载高扩展度无线供电耦合机制 164
7.2.2 TS/S 谐振补偿拓扑参数设计方法 166
7.2.3 不同运行模态下系统传输性能分析 169
7.3 移动负载无线供电耦合机构多目标设计及分段运行策略 170
7.3.1 计及耦合稳定性与侧向抗偏移的宽区域耦合单元 170
7.3.2 多发射线圈单元分段组合运行策略及设计 177
7.4 移动负载位置动态检测和系统输出稳定性调控方法 179
7.4.1 基于耦合变化特征的负载位置检测和功率调控策略 179
7.4.2 系统运行模态切换与功率稳定性调控方法 182
7.5 移动负载高扩展度无线供电实验平台搭建与性能测试 184
7.5.1 实验平台搭建 184
7.5.2 实验测试与性能分析 185
7.6 本章小结 188
参考文献 189
编后记 202