无线充电系统电能传输距离的研究

郭 楠，宋卫平，宁爱平

(太原科技大学 电子信息工程学院，太原 030024)

无线充电技术(wireless charging technology)的实现，使得人类摆脱线缆的束缚，电能的使用方式变得更加宽广和灵活，深刻地影响人类的生活。2011年10月，“无线电能传输技术”专题学术沙龙的召开，更推动该项技术朝着成熟化、商业化的方向迈进[1]。与远距离的微波辐射式和短距离的电磁感应式相比，磁耦合谐振式无线电能传输技术(magnetic coupling resonance wireless power transmission，MCR-WPT)作为中距离无线电能传输技术的代表，有着较远的传输距离、较大的传输功率、较高的传输效率等特点，具有更为广阔的发展空间[2]，因此受到了较多研究者的广泛关注。

近年来，国内外学者主要从电源器件[3-4]、拓扑结构[5]、线圈设计[6-7]、传输结构[8]、传输特性[9-10]等多方面展开研究。大量学者针对采用串联或者并联电容补偿的双线圈MCR-WPT进行了深入分析，耦合模理论和互感理论广泛用于分析系统的各项传输性能，然而，系统对距离的敏感度仍然是这项技术的一个瓶颈。在传统的双谐振线圈MCR-WPT中，随着距离的增大，两个谐振线圈之间的磁耦合逐渐减弱，导致系统的传输效率降低。本文采用带中继线圈的三线圈结构MCR-WPT来进一步改善这一问题[11]。首先从理论上推导出双线圈和三线圈结构中系统传输效率和传输距离的关系，然后通过编程仿真进行了一系列的分析，最后通过搭建Matlab模型，分别对两个系统的结果进行验证。

1 双线圈MCR-WPT系统传输距离的分析

从能量传输的角度来看，至少需要两个线圈来传输能量，双线圈结构就是使用两个线圈进行电能传输，串-串(SS)结构为其中的一种，也是最基本的一种拓扑结构，为了简便起见，本文以SS双线圈结构作为基础展开分析，其抽象模型如图1所示。……