基于线圈自谐振的磁耦合无线电能传输性能分析

摘要

近些年来磁耦合谐振式无线电能传输技术已经成为研究的热点.本文结合等效互感耦合模型和传输线模型,对线圈自谐振时磁耦合无线电能传输系统的各参数对系统传输性能的影响进行了优化分析,得到了系统设计的优化方案.在构建的实验电路基础上,研究了交流电源电压的频率f、能量收发线圈间距离d及负载阻值RL等的变化对系统传输性能的影响、并对线圈串联电容调谐时的磁耦合与线圈自谐振时磁耦合两种方式进行无线电能传输的性能进行了对比实验.实验结果表明:一、线圈自谐振时的磁耦合传输不仅克服了频率分裂现象,而且还有利于缩小装置的体积;二、收发线圈相距0.5cm时,半径为0.77cm的能量传输线圈组在自谐振时测得其接收端开路电压达电源电压的4.2倍,随着收发线圈间距离的增加接收端电压开始下降,到5cm后,下降非常缓慢,约为电源电压的0.48倍;三、给出了线圈自谐振时磁共振耦合的阻抗匹配,分析了负载电阻RL、收发线圈间距离d及负载上获得的功率P三者之间的关系.实验结果与理论分析具有较好的一致性,表明了该分析方法的正确性和有效性,可为该无线电能传输系统设计提供理论指导,有效减少系统设计的盲目性.