磁谐振无线电能传输系统的最大效率分析.pdf

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1、研究与开发磁谐振无线电能传输系统的最大效率分析卢文成丘小辉毛行奎(福州大学电气工程与自动化学院，福州350108)摘要磁谐振无线电能传输系统由于具有传输距离中等、效率较高等优点而得到广泛研究。本文利用互感耦合模型，推导出磁谐振无线电能传输系统的最大传输效率表达式，并指出系统工作频率选择、电源匹配、负载匹配是决定系统能否获得最大传输效率的三大要素。通过弓I入强耦合系数的概念，得出强耦合系数是决定系统最大传输效率的关键物理量。设计制作了一台实验样机，验证了前述分析的正确性。关键词：无线电能传输；磁谐振；最大传输效率；

2、阻抗匹配AnalysisonMaximumEficiencyofWirelessPowerTransferviaMagneticResonanceLuWenchengQiuXiaohuiMaoXingkui(CollegeofElectricalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou350108)AbstractDuetoadvantagesofmiddletransmissiondistance，highereficiency，wirelesspower

3、transmissionsystemviamagneticresonanceiswidelystudied．Inthispaper，expressionofthemaximumtransmissioneficiencyisdeducedbasedonthemutualcouplingmodelofwirelesspowertransmissionsystemviamagneticresonance．Andthethreeelementswhichdetermineifthesystemcanobtainthema

4、ximumtransmissioneficiencyispointedout，includingtheselectionofoperatingfrequency，powermatching，loadmatching．Byintroducingtheconceptofs~ongcouplingcoeficient，itisderivedthatthestrongcouplingcoeficientisthekeyphysicalquantitythatdeterminethemaximumtransmissione

5、ficiency．Aprototypeisdesignedandcreated，andthecorrectnessoftheaforementionedanalysesisverified．Keywords：wirelesspowertransfer；magneticresonance；maximumtransmissioneficiency；impedancematching传统的用电设备都是依赖导线、插头、插座的(MIT)的研究人员提出的，利用物理学的共振原直接接触来进行电能供应的。这种传输方式由于存理，使其

6、能在中距离内进行较高效率的电能传输[3]。在摩擦、磨损和裸露导线，很容易产生接触火花，传输效率是磁谐振无线电能传输系统的一个重影响供电的安全性、可靠性和灵活性【】]。无线电能要性能指标，较多文献对其展开了研究，但都基于传输技术使非接触供电成为可能，它在许多场合展具体的线圈结构和补偿方式，所得结论不便于推现出良好的应用前景，如手机、笔记本电脑、电动广Ⅲ4J。本文利用磁谐振无线电能传输系统两种基本汽车、体内植入装置、水下探测装置等。目前电能线圈结构表现出的共同特点，建立了其较有一般性的无线传输主要可分为电磁辐射式、电

7、场耦合式和的互感耦合模型，并推导出系统的一般效率表达式。磁场耦合式。根据是否发生谐振以及传输距离相对通过分析发现，系统有一最大传输效率，工作频率于传输线圈直径的大小，磁场耦合式又可以分成感选择、电源匹配、负载匹配是决定系统能否获得最应式和谐振式【2]。磁耦合感应式通常利用松耦合变大传输效率的三大要素。通过引入强耦合系数的概压器进行电能传输，传输效率高，但传输距离通常念，得出强耦合系数是决定系统最大传输效率的关很小。磁耦合谐振式最早是由美国麻省理工学院键物理量。在此基础上搭建了一个磁谐振无线电能国家自然科学基金资助

8、项目(#51207025)14I嘲

9、一I撩肃2015年第4期福建省高校杰青资助项目(#JA13028)研究与开发传输装置，对理论分析的结果进行了实验验证。2系统效率1系统传输模型2．1效率的一般表达式对于两线圈结构，它的阻抗匹配网络通常是由磁谐振无线电能传输系统主要有两种基本结一些补偿电容组成，而对于四线圈结构，它的阻抗构，即两线圈结构和四线圈结构。从能量传输的观匹配网络