磁耦合谐振式无线电能传输系统三线圈结构研究

王 宇，龚国庆

(北京信息科技大学 机电工程学院，北京 100192)

0 引言

磁耦合谐振式是无线充电能量传递的主要方式之一，它以电磁场为介质实现大功率能量传递[1]。磁耦合谐振式无线电能传输过程中，高性能电磁线圈结构的设计是无线电能高效传输的关键技术，对系统传输性能具有很大的影响[2]。目前已有研究表明增设中继线圈可有效地增强系统的传输特性，并且已经取得了一定的进展[3]。文献[4]对三线圈非接触式能量传递系统进行了详细的分析，研究表明中继线圈的存在可有效增大系统的传输效率，并且减少其频率分裂现象。文献[5-6]采用多接受线圈的结构来提高系统的传输特性，但发现多接受线圈结构会造成能量传递方式上的不单一。文献[7]为了提高系统的传输特性，通过改变线圈的材料改善了磁通分布不均的问题。文献[8-9]对不同形式和材料的线圈对系统的影响进行了分析，并且采用一种磁性复合材料实现磁通路径控制技术。文献[10]采用了四线圈结构，发射线圈与接收线圈均使用单匝线圈，实现了信息的无线传输。

本文首先建立了带有中继线圈的三线圈系统理论模型，并以串联电容进行补偿，得到了系统的传输特性与耦合系数之间的动态变化关系。与此同时，使接收线圈与发射线圈之间的距离保持固定不变，改变中继线圈的纵向位置，分析系统传输特性的变化情况，并对中继线圈的纵向位置进行优化设计。

1 系统的建模与分析

1.1 系统电路模型

图1为带有中继线圈的三线圈系统的结构示意图，主要的电子器件包括负载和高频电压源，结构器件为中继线圈、发射线圈与接收线圈。……