基于非辐射性磁耦合共振的无线能量和信息同步传输关键问题研究

基于电磁感应原理的能量和信息非接触同步传输技术已开始应用于工业设备、家用电器和武器系统等领域，在很多场合具有传导式电能传输不可比拟的优势。但是电磁感应的电能传输效率随着距离增加迅速衰减，仅适合在短距离（毫米级）上应用，而非辐射性磁耦合共振原理则可实现较长距离的高效电能传输。本课题基于非辐射性磁耦合共振原理，开展米级距离上能量和信息非接触高效率同步传输的相关基础理论和试验研究。根据磁耦合共振原理构建能量非接触传输系统数学模型，研究能量收发端共振条件的获得和相对距离、角度、负载变化条件下共振状态的跟踪保持技术，在此基础上研究能量传输通道上双向信息加载的原理和兼顾能量效率、信息品质的优化控制技术。米级距离上能量和信息高效率非接触传输技术在航空航天、机器人、电动车辆、武器和侦察系统、人工器官以及日常生活电器等诸多方面有广泛的应用前景。本课题研究成果将为该技术的实用化提供理论基础和关键技术储备。

本课题基于非辐射性磁耦合共振原理，开展能量与信息同步传输的理论和应用基础研究，现已完成全部研究内容。.取得的主要研究成果和结论如下：.1）建立了磁共振无线能量传输系统理论模型，分析并实验验证了磁共振回路的耦合系数、线圈固有频率、线圈自感、负载电阻等参数对能量传输功率、效率的影响；.2）利用移频和负载切换进行系统谐振状态调制，在能量传输通道上实现双向信息的分时传输；.3）对磁耦合共振系统的频率分叉现象进行深入研究，得到了线圈参数与频率分叉特性的关系，给出了在一定耦合系数下，获得最佳传输特性所需线圈电感量的计算方法，为磁耦合共振的工程应用提供了线圈参数选择依据；.4）结合武器系统与引信间信息交联项目背景，对近金属环境下磁耦合共振系统的工作特性进行了研究，初步阐述了复杂铁磁环境对共振系统的影响机理，并给出了近金属环境下改善系统传输特性的方法。.课题研究成果对于磁耦合共振理论的应用，特别是武器系统信息交联领域的工程应用具有较高的参考价值。