磁耦合無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的線圈優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、磁耦合無(wú)線能量傳輸作為一種新興技術(shù)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注，在智能家居、便攜式電子設(shè)備和軌道交通等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。磁耦合諧振的基本原理是高頻電源的工作頻率和發(fā)射、接收線圈固有諧振頻率相同時(shí)，通過(guò)近場(chǎng)的電磁場(chǎng)進(jìn)行能量交換，就可以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離、高效率的無(wú)線能量傳輸。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸性能，本文針對(duì)耦合線圈進(jìn)行了優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究目前常用的圓形、矩形平面螺旋線圈。
　　首先采用電路理論建立等效模型，分析能量傳輸過(guò)程、最大

2、傳輸效率和最大輸出功率，得出影響系統(tǒng)傳輸性能主要因素是線圈耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)。為了分析線圈耦合，通過(guò)部分元等效法建立了兩種線圈的數(shù)學(xué)模型，并給出它們互感的數(shù)值解析式，采用有限元2D分析繪制出線圈周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度分布情況，便于找到接收線圈的最佳位置和角度。
　　為了提高耦合線圈間的互感，本文選擇在線圈下方鋪設(shè)平板型磁芯，針對(duì)磁芯和線圈不同相對(duì)位置的四種情形，采用靜磁場(chǎng)鏡像法分析了磁平面對(duì)線圈互感的影響，并通過(guò)仿真得到了有限大磁平面的鏡像

3、模型，為實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。本文采用開(kāi)路電壓法對(duì)線圈互感進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)試了不同頻率對(duì)線圈互感以及相位特性的影響，對(duì)比分析了兩種平面線圈在不同傳輸距離下互感的變化，驗(yàn)證了線圈鏡像法分析的正確性，在同等規(guī)格的情況下矩形平面線圈顯然比圓形有更好的耦合性，同時(shí)線圈兩側(cè)鋪設(shè)磁平面對(duì)于線圈互感的提升最大。
　　最終，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作了傳輸裝置，測(cè)量結(jié)果表面線圈的耦合系數(shù)有了明顯提高。實(shí)際測(cè)試優(yōu)化前后兩組線圈的頻率特性和傳輸效率，結(jié)果表面線