攻读博士研究计划书..doc

攻读博士研究计划书 一、拟开展的研究课题 非接触电能传输技术是一种借助于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式。该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、天线技术、耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一种革命性的进步。非接触电能传输大致上可以分为三类：电磁感应式无线电能传输、微波式无线电能传输、磁耦合谐振式无线电能传输。其中，电磁耦合谐振无线电能传输技术是国内外研究的热点，源源不断的学者投身于研究之中。越来越多的新方法、新理念层出不穷。 1.1磁耦合谐振式电能传输 磁耦合谐振基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。电能接收器与发射源采用具有相同谐振频率的感应线圈，发射源由振荡电路激发感应线圈产生交变磁场，当具有相同谐振频率的接收端感应线圈进入磁场时，在接收线圈上产生磁谐振，在接收装置中不断集聚能量，提供给负载使用，从而实现能量传递。 1.2存在的问题 电磁耦合谐振式无线电能传输技术研究正处于起步阶段，很多问题亟待解决，主要包括：1、整体提高系统传输电能的功率、效率问题(包括负载匹配特性、最大效率匹配与最大功率匹配研究)。2、提高系统传输电能的距离问题，解决增大传输距离与减小传输装置体积的矛盾。3、系统的稳定性问题。4、高性能、大功率射频源电源开发问题(包括高频电能变换技术、软开关技术、效率、器件热管理技术等)。5、电磁兼容性问题。 二、拟开展的课题研究意义 2.1研究现状 日本学者Takehiro Imura课题组针对kHz至GHz频带内不同点的电磁耦合谐振式无线电能传输系统进行了建模与仿真，并对螺旋线圈谐振器的传输效率与相对位置之间建立函数关系和实验研究。 美国斯坦福大学Fan Shanhui领导的科研小组在《Applied Physics Letters》上发表文章“Wireless energy transfer with the presence of metallic planes”，该文章中通过数值模拟方法得出结论：即使线圈间距达到6.5英尺（约1.98米）无线电能传输效率仍能达到97%。目前该研究团队正进行电动汽车无线充电方面的研究，并提出“驾驶充电”概念。他们目前还通过模拟计算，理论分析了在6.5英尺（约1.98米）距离内实现10KW电能的无线传输。 国内对这一领域的研究起步稍晚，目前研究内容主要集中在传输机理和传输特性的分析、中小功率实验验证研究以及无线电能应用基础研究，研究主体还主要集中在高等院校和科研院所。哈工大的朱春波教授、同济大学的李云辉教授和南京航空航天大学的陈乾宏教授获得了该领域的国家自然基金资助。华南理工大学张波教授课题组利用互感耦合模型，分析传输效率与负载电阻、线圈尺寸之间的关系，并利用考毕茨振荡电路和小功率功放电路搭建了无线传能实验系统，对所提方法进行了验证。此外，中科院电工所刘国强研究员，南京理工大学丁立波教授，天津大学李醒飞教授，武汉大学石新智教授，上海交通大学颜国正教授，清华大学于歆杰教授，重庆大学孙跃、苏玉刚教授等都在不同方面对磁耦合谐振式无线电能传输进行了卓有成效的研究工作。 2.2研究意义 磁耦合谐振式无线电能传输技术是世界上无线输电领域的前沿课题，目前，国内外尚处于基础理论和实验研究阶段，并无实际产品出现。丰富的理论研究具有重要的学术意义。并且安全、远距离、大功率、高效率的传输装置应用前景十分广阔，有极大的应用价值，具体应用主要有以下几个方面：1、目前越来越多的便携类设备（包括笔记本、电动牙刷、手机等）、家用电器（包括电脑、电视、照明灯、吸尘器等）在商业和家庭中发挥重要作用，智能化、便携化已经成为该类设备的发展趋势。小型的供电网络，彻底解决有线供电带来的弊端，实现电能自由、有序、按需、便捷的供给。2、多数体内植入电子器件所需功率很微小，对电能传输效率要求不高，但是一旦植入体内不便于更换电池和直接有线充电，对无线电能传输的依赖性非常大，这将会使其成为无线电能传输技术的重要应用对象。3、无线电能传输技术在电动汽车、磁悬浮列车、电动轻轨等交通工具中也将起到重要作用。 三、开展本方向的研究计划 3.1前期准备：大量阅读电磁耦合谐振无线电能传输方面的论文，特别是英文论文，把握最前沿的研究方向，了解前人在研究中遗留下来的问题。梳理现有相关文献，并对已有研究结果总结综述。 3.2端正学习态度：认真上课，完成本课程的理论学习；积极参加讨论班，有问题及时在讨论班中提出，得到导师的点拨，确定自己的研究课题。 3.3研究内容：我将针对于无线电能传输系统传输效率的基本问题进行研究。由于频率分裂，电磁耦合谐振式无线电能传输系统效率会在近距离内剧烈变化，为了保