电磁共振式无线电能传输特性的研究与分析

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1、电磁共振式无线电能传输特性的研究与分析#陈文仙，陈乾宏，黄君涛**510152025303540（南京航空航天大学自动化学院，南京210002）摘要：针对电磁共振式无线电能传输系统的输出电压增益、功率和效率的计算问题，利用变压器互感模型，对电磁共振式电能传输系统的串串、串并两种拓扑进行分析，得出了系统的电压增益、传输功率及其传输效率的计算模型，并进一步分析了系统外特性与负载电阻、工作频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系，为电磁共振式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。为验证理论分析的正确性，制作了一个电磁共振模式无线电能传输装置，该装置实现了10cm内240W的

2、无线能量传输，且传输效率达到了90%。关键词：电磁共振；无线电能传输；互感耦合中图分类号：TM461TheResearchandAnalysisoftheCharacterofMagneticResonanceWirelessPowerTransmissionSystemsCHENWenxian,CHENQianhong,HUANGJuntao(SchoolofAutomation,NUAA(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics),Nanjing210002)Abstract:Inordertosolvetheproblemof

3、thecalculationofthevoltagegain,powervalueanditsefficiencyofthemagneticresonancewirelesspowertransmissionsystem,basedonthemutualinductancecouplingmode,thecalculationmodelforthevoltagegain,transmissionpoweranditsefficiencyofthesystemwasgiventhroughanalyzingthesystemwithtwodifferenttopologies.And

4、furtheranalysisoftherelationshipbetweenthesystemcharacterandloadresistance,workingfrequencyofthesystem,mutualinductance,coilresistanceandotherparameterswasgiventoo,whichcanprovidethetheoreticalbasisforthedesignandenergyoptimizationofthesystem.Amagneticresonancemodeofwirelesspowertransmissionsy

5、stemequipmentwasdesignedtoverifythetheoreticalanalysis.Theequipmentcantransfer240Wofwirelesspowerthroughadistanceof10cm,andthetransmissionefficiencyis90%.Keywords:magneticresonance;wirelesspowertransmission;mutualinductancecoupling0引言无线电能传输技术与传统的接触式充电相比较具有的方便灵活、环境适应性强、安全可靠等优点使得其吸引着国内外越来越多的专家学者

6、对此进行研究。其中，电磁共振式WPT技术以其传输距离较远、能量的耦合性和变压器的传输效率高、对非接触变压器原、副边的错位敏感度小、可实现多个终端同时供电以及定向供电等优点越来越受到研究者的关注。因此可以预见，电磁共振式WPT技术的应用场景将十分广阔，具有极大的应用价值，对电磁理论充电技术的发展具有重要意义，将是无线电能传输领域的重要发展方向。因此，有必要建立共振式WPT的数学模型，研究其外特性及控制规律。在文献[1]中，文章基于空间隔离两线圈的互感耦合模型，对变换器效率进行了细致的理论分析，推导了最大效率的负载匹配条件和互感要求，并设计完成了相关实验进行了实验基金项目：基金项目：国

7、家自然科学基金(51077069）作者简介：陈文仙（1990-），女，硕士研究生，主要研究方向：无线电能传输通信联系人：陈乾宏（1974-），女，教授，主要研究方向为功率电子变换.Chenqh@nuaa.edu.cn-1-验证，对于其外特性的研究只有系统传输效率与距离、负载电阻的关系；文献[2]利用反射阻抗分析了系统传输效率与互感系数的关系，但由于忽略了共振线圈的内阻，因此无法全面描述磁共振模式传输系统的传输机理；文献[3]对无线电能传输系统的等效阻抗进行了理论45