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燃气灶具点火控制器无线供电系统的电磁耦合机构研究与设计

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及研究内容

1.4 本章小结

2 燃气灶具点火控制器无线供电系统

2.1 需求分析

2.2 能量传输方式

2.3 高频逆变电路

2.4谐振补偿网络及系统能效特性分析

2.5 电磁耦合机构互感理论

2.6 本章小结

3 电磁耦合机构仿真分析

3.1仿真平台

3.2耦合线圈仿真研究

3.3 本章小结

4 电磁耦合机构设计

4.1 电磁耦合机构设计流程

4.2 电磁耦合机构结构设计

4.3 电磁耦合机构参数设计

4.4本章小结

5 仿真与实验研究

5.1 系统仿真分析

5.2 实验装置搭建

5.3 系统实验结果与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间参与的科研项目

B. 作者在攻读学位期间获得的奖励和荣誉

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摘要

智能家居热潮兴起，整洁、便利、安全的家居体验越来越受到人们的重视。在这样的背景下，厨房中使用频率最多的燃气灶具受到了关注。由于目前燃气灶具的正常点火需要使用干电池或外接电源适配器供电，而这些供电装置通常安装在灶具的下方。在灶台这种产生高温火焰、容易发生进水的环境下，容易造成线路老化、漏电、短路等安全问题，影响燃气灶具使用的舒适度和安全性。因此，采用无线电能传输（WPT）技术实现燃气灶具点火控制器供电的方式应运而生。WPT技术以非接触的形式实现电能的无线传输，摆脱了电能只能通过导线传输的传统电能传输方式，具有灵活、安全、可靠性高等特点，在一些特殊场合如水下、煤矿、植入式医疗电子设备等安全性要求较高的应用场合尤其适用，具有广阔的应用前景。论文针对横向课题的具体需求，围绕燃气灶具点火控制器的无线电能传输展开研究。
　　电磁耦合机构是WPT系统中的重要组成部分之一，其性能的优劣极大地影响着系统的传输功率和效率。针对燃气灶具点火控制器无线供电系统的要求，本文对该系统的电磁耦合机构的设计展开研究。首先介绍了无线供电系统的电磁耦合机构的国内外研究现状，然后根据项目要求确定了燃气灶具点火控制器的无线供电方案，即通过感应耦合电能传输（ICPT）技术将抽油烟机上的电能传输给下方的点火控制器，并对该技术的基本原理和构成做了简要介绍。随后对系统的电磁耦合机构互感等效模型、能效特性等进行了理论分析，确定了电磁耦合机构设计的重点。
　　基于有限元仿真软件COMSOL，对影响电磁耦合机构性能的因素进行建模仿真分析。根据项目实际应用情景，分别针对适用于系统的耦合线圈的绕线形式、线圈结构和磁芯结构等建立了仿真模型，并从互感、磁场分布情况进行对比分析，为电磁耦合机构的设计提供一定的理论依据。
　　结合项目需求分析，给出了耦合机构的一般设计流程。根据仿真得到的规律，从电磁耦合机构的线圈结构设计、参数设计两方面展开设计，设计了一种适用于燃气灶具点火控制器无线供电系统的电磁耦合机构。然后通过系统仿真验证了所设计的电磁耦合机构的合理性。最后搭建了实验验证装置，实验结果验证了所设计的电磁耦合机构的可行性，实现了燃气灶具点火控制器无线供电系统的项目要求。

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