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自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计
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2017-11-23
耿铭慈
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谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法，它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型，从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系，得到的传输效率表示式，进一步应用于系统最大传输效率的分析，以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后，设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置，并设计多组不同参数的线圈进行比较实验。
电能无线传输一直是人类的梦想，多年来国外一些科学家执着地开展着这项研究，但进展甚微［1-5］。 2007 年 MIT 的科学家在电能无线传输原理上有了突破性进展，他们利用电磁谐振原理实现了中距离的电能无线传输，在 2 m 多距离内将一个 60W 的灯泡点亮，且传输效率达到 40%左右［6］。谐振耦合电能无线传输与以往提出的电能无线传输技术相比，具有以下本质性的不同：1）与利用电磁感应原理的电能无线传输技术相比，传输距离大大提高，突破了电磁感应原理的无线传输距离仅在 1 cm 以内的限制［7］，且理论表明若不考虑空间其它物体影响，传输距离将进一步提高；2）与利用微波原理的电能无线传输技术相比，具有传输功率大的特点，将微波电能无线传输几毫瓦至 100 mW 的数量级提高到几十瓦至几百瓦的数量级。目前，非接触能量无线传输发展已比较成熟［8-12］，主要应用于磁悬浮列车［13-14］，医学上用于体内微摄像机供电等［15］。与此比较而言，基于谐振原理的电能无线传输将是一种应用范围更宽的新型技术［16］，并且低电磁辐射，可满足电磁兼容的要求［17］。
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