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第1章 绪论 1

1.1 无线电能传输技术的起源 1

1.2 无线电能传输技术的形式 3

1.3 无线电能传输技术的发展历程 4

1.3.1 感应无线电能传输技术 4

1.3.2 谐振无线电能传输技术 6

1.3.3 微波无线电能传输技术 8

1.4 感应与谐振无线电能传输技术的比较 10

1.4.1 原理不同 10

1.4.2 系统构成的异同 10

1.4.3 分析方法的异同 12

1.4.4 运行条件的差异 12

1.5 无线电能传输技术的应用前景 13

1.5.1 可移动机电设备的无线供电 13

1.5.2 电动汽车的无线充电 13

1.5.3 机器人的无线供电 14

1.5.4 水下设备的无线供电 14

1.5.5 植入式医疗设备的无线供电 14

1.5.6 无线充电器 14

1.5.7 家用电器的无线供电 15

1.6 本书的章节安排 15

参考文献 15

第2章 感应无线电能传输系统的原理及模型 22

2.1 感应无线电能传输的基本概念 22

2.1.1 基本结构 22

2.1.2 工作原理 23

2.2 松耦合变压器模型 24

2.2.1 理想模型 24

2.2.2 磁导率模型 25

2.2.3 漏感模型 26

2.2.4 互感模型 28

2.3 感应无线电能传输系统建模 29

2.3.1 SS型感应无线电能传输系统模型 30

2.3.2 SP型感应无线电能传输系统模型 32

2.3.3 PP型感应无线电能传输系统模型 34

2.3.4 PS型感应无线电能传输系统模型 36

2.4 本章小结 40

参考文献 40

第3章 感应无线电能传输系统的特性分析 42

3.1 无功补偿 42

3.1.1 系统无功全补偿 42

3.1.2 发射线圈和接收线圈单独无功补偿 49

3.2 输出功率和传输效率 55

3.2.1 SS型感应无线电能传输系统 55

3.2.2 SP型感应无线电能传输系统 57

3.2.3 PP型感应无线电能传输系统 59

3.2.4 PS型感应无线电能传输系统 61

3.3 互感对最大输出功率和传输效率的影响 63

3.3.1 SS型感应无线电能传输系统 63

3.3.2 SP型感应无线电能传输系统 64

3.3.3 PP型感应无线电能传输系统 64

3.3.4 PS型感应无线电能传输系统 65

3.4 负载对最大输出功率的影响 68

3.4.1 SS型感应无线电能传输系统 68

3.4.2 SP型感应无线电能传输系统 68

3.5 频率分岔现象 70

3.5.1 SS型感应无线电能传输系统 70

3.5.2 SP型感应无线电能传输系统 73

3.5.3 PP型感应无线电能传输系统 73

3.5.4 PS型感应无线电能传输系统 74

3.6 输出特性 75

3.7 本章小结 76

参考文献 76

第4章 感应无线电能传输系统的设计 78

4.1 系统结构 78

4.2 工作频率的选择 79

4.3 逆变器的选择 79

4.4 发射线圈、接收线圈和补偿网络设计 81

4.4.1 发射线圈和接收线圈 81

4.4.2 无功补偿网络 82

4.5 系统控制设计 82

4.6 系统设计实例及特性验证 82

4.6.1 不同无功补偿方式的影响 83

4.6.2 互感对最大输出功率的影响 85

4.6.3 频率分岔现象 86

4.7 本章小结 88

参考文献 89

第5章 谐振无线电能传输系统的原理及模型 90

5.1 谐振无线电能传输的原理及系统构成 90

5.1.1 机械共振与谐振原理 90

5.1.2 谐振的近场工作条件 91

5.1.3 谐振无线电能传输系统的构成 92

5.2 LC串联谐振电路的耦合模方程 94

5.2.1 耦合模方程的一般形式 94

5.2.2 无损耗单回路LC电路的耦合模方程 94

5.2.3 有损耗单回路LC电路的耦合模方程 96

5.2.4 两个无损耗单回路LC耦合电路的耦合模方程 97

5.2.5 两个有损耗单回路LC耦合电路的耦合模方程 99

5.2.6 N个有损耗单回路LC耦合电路的耦合模方程 102

5.3 单负载谐振无线电能传输系统的耦合模方程 102

5.3.1 两线圈系统 102

5.3.2 四线圈系统 104

5.4 单负载谐振无线电能传输系统的电路模型 106

5.4.1 两线圈系统 106

5.4.2 四线圈系统 108

5.5 多负载谐振无线电能传输系统的耦合模方程 110

5.5.1 两负载系统 110

5.5.2 多负载系统 114

5.6 多负载谐振无线电能传输系统的电路模型 115

5.6.1 两负载系统 115

5.6.2 多负载系统 117

5.7 本章小结 117

参考文献 118

第6章 谐振无线电能传输系统的特性分析 119

6.1 传输特性 119

6.1.1 传输功率 119

6.1.2 传输效率 120

6.1.3 传输距离 122

6.2 频率分裂 124

6.2.1 概念 124

6.2.2 影响因素 125

6.2.3 频率分裂与频率分岔的区别 128

6.3 本章小结 129

参考文献 129

第7章 谐振无线电能传输系统的设计 130

7.1 四线圈谐振无线电能传输系统的设计 130

7.1.1 系统结构 130

7.1.2 高频功率放大电路设计 130

7.1.3 高频变压器设计 133

7.1.4 发射线圈和接收线圈参数设计 134

7.1.5 仿真和实验 135

7.2 频率跟踪式谐振无线电能传输系统的设计 139

7.2.1 系统结构 139

7.2.2 系统设计 140

7.2.3 仿真和实验 149

7.2.4 实验分析 151

7.3 多负载谐振无线电能传输系统的设计 153

7.3.1 系统构成 153

7.3.2 高频功率放大电路的设计 153

7.3.3 主电路设计 155

7.3.4 实验验证 156

7.4 本章小结 161

参考文献 161

第8章 无线电能传输的电磁场环境 163

8.1 概述 163

8.2 无线电能传输的国际标准 164

8.3 无线电能传输系统的电磁辐射测量 166

8.3.1 麻省理工学院的四线圈的系统 166

8.3.2 两线圈系统 167

8.4 无线电能传输系统电磁辐射对生命体的影响 168

8.5 电动汽车和手机无线充电的电磁环境 170

8.5.1 电动汽车 170

8.5.2 手机 170

8.5 本章小结 171

参考文献 171

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