線圈間距對諧振式無線電能傳輸系統性能的影響

喬振朋， 王賽麗， 郭果， 楊征， 劉濤， 余開偉

(1.國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007; 2.安陽工學院 電子信息與電氣工程學院，河南 安陽 455000)

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無線電能傳輸(Wireless Power Transmission，WPT)是利用電磁場耦合進行能量傳輸的技術。它克服了使用電纜進行電能傳輸帶來的不安全因素，如電火花和線路老化等。WPT技術在電動汽車、便攜式移動設備、電子測量和煤炭開采等領域有著廣闊的應用前景[1-4]。自從2007年麻省理工學院Marin Soljacic教授利用磁耦合諧振實現中等距離的無線電能傳輸以來[5]，國內外掀起了磁耦合諧振式WPT技術的研究熱潮[6-10]。目前，該領域的研究重點是如何提高磁耦合諧振WPT的效率和功率，以及如何實現傳輸系統的小型化等問題[11-13]。磁耦合諧振式WPT系統一般采用平面螺旋線圈和管狀螺旋線圈。采用印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)制作的平面螺旋線圈具有制作簡便、參數可控度高等優點，因而應用較多。同時，為了減小負載變化對系統傳輸效率和功率的影響，常采用四線圈拓撲結構[14-15]。

系統頻率、負載大小、傳輸距離和諧振線圈參數等都是影響系統傳輸性能的重要因素。系統頻率對傳輸功率和效率的影響已經得到大量研究，文獻[16]對負載大小、諧振線圈參數進行了優化。線圈間距是無線電能傳輸的有效距離，是衡量無線電能傳輸距離的關鍵指標，研究線圈間距對諧振式無線電能傳輸系統性能的影響具有重要意義。因此，本文基于電路理論建立了采用PCB平面螺旋線圈的磁耦合諧振式WPT系統的四線圈模型，利用Matlab仿真分析和實驗分析了線圈間距對系統性能的影響?！?br>