基于可调耦合方法的磁耦合共振无线能量传输系统

摘要

针对无线能量传输系统的效率随着充电距离的增大而快速降低的情况,提出了一个四线圈结构的磁耦合共振无线能量传输系统的优化设计方案。通过二端口网络分析方法,建立了四线圈结构的磁耦合共振无线能量传输系统的等效电路模型,分析并推导出了无线能量传输效率表达式及传输效率提升的阻抗匹配条件。仿真并设计制作了收发线圈内径为70 mm的四线圈结构磁耦合共振无线能量传输系统。当激励线圈与发射线圈间的距离和负载线圈与接收线圈间的距离固定为5 mm时,仿真实测收发线圈距离在90 mm内传输效率达80%以上,在120 mm处传输效率可达60%,测试结果和仿真结果相吻合。在此基础上,通过同时调节激励线圈与发射线圈之间的距离和负载线圈与接收线圈之间的距离,实现在130~180 mm的传输距离内,无线能量传输系统的传输效率提升10%以上,并且当发射线圈和接收线圈相距150 mm时,系统传输效率最大可提高21%。