[V]自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计

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1、第29卷第18期中国电机工程学报Vol.29No.18Jun.25,20092009年6月25日ProceedingsoftheCSEE©2009Chin.Soc.forElec.Eng.21文章编号：0258-8013(2009)18-0021-06中图分类号：TM46文献标志码：A学科分类号：470·40自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计傅文珍，张波，丘东元，王伟(华南理工大学电力学院，广东省广州市510640)MaximumEfficiencyAnalysisandDesignofSelf-resonanceCouplingCoilsforWirelessPowerTran

2、smissionSystemFUWen-zhen,ZHANGBo,QIUDong-yuan,WANGWei(SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,GuangdongProvince,China)ABSTRACT:Self-resonancecouplingisanewtechnologyfor关键词：能量无线传输；谐振耦合；最大效率；线圈wirelesspowertransmission,whichcantransferenergyin0引言middledistance.Inthispape

3、r,thewirelesstransmissionmechanismbasedonthecouplingmodeloftwospatialisolated电能无线传输一直是人类的梦想，多年来国外coilswasanalyzed,andtherelationshipamongefficiency,一些科学家执着地开展着这项研究，但进展甚微[1-5]。frequency,distanceandcoilsizeswasresearched.Furthermore,2007年MIT的科学家在电能无线传输原理上有了themaximumefficiencyconditionwasobtainedtoopt

4、imizethe突破性进展，他们利用电磁谐振原理实现了中距离designofself-resonancecouplingsystem.Finally，awireless的电能无线传输，在2m多距离内将一个60W的powertransmissionprototypeofresonantcouplingwas[6]灯泡点亮，且传输效率达到40%左右。designedinthispaper.Andvariouscoilgroupswereusedto谐振耦合电能无线传输与以往提出的电能无compareinthisexperiment.Theresultshowsthatthecoilsdeliver

5、themaximumenergywhentwohollowcoilsareinthe线传输技术相比，具有以下本质性的不同：1）与stateofresonancecoupling,whichquiteverifiesthetheoretical利用电磁感应原理的电能无线传输技术相比，传输researchinthispaper.距离大大提高，突破了电磁感应原理的无线传输距[7]离仅在1cm以内的限制，且理论表明若不考虑空KEYWORDS:wirelesspowertransmission;resonancecoupling;maximumefficiency;coil间其它物体影响，传输距离将进一

6、步提高；2）与利用微波原理的电能无线传输技术相比，具有传输摘要：谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方功率大的特点，将微波电能无线传输几毫瓦至法，它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两100mW的数量级提高到几十瓦至几百瓦的数量级。线圈的互感耦合模型，从电路角度分析系统传输效率与线圈[8-12]尺寸、距离等之间的关系，得到的传输效率表示式，进一步目前，非接触能量无线传输发展已比较成熟，[13-14]应用于系统最大传输效率的分析，以实现谐振耦合电能无线主要应用于磁悬浮列车，医学上用于体内微摄[15]传输系统优化设计的目标。最后，设计制作一个谐振耦合电像机供电等。与此比较而言，基

7、于谐振原理的电能无线传输装置，并设计多组不同参数的线圈进行比较实能无线传输将是一种应用范围更宽的新型技术[16]，验，结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时，两并且低电磁辐射，可满足电磁兼容的要求[17]。线圈之间传递能量最大，从而验证该文的理论研究。然而，现阶段谐振耦合无线传输技术仍处于起基金项目：国家自然科学基金项目(50877028)；国家863高技术基步阶段，相关理论和实验研究还比较