磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性_李阳
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
一、实验目的：
研究磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率及影响因素。
二、实验器材：
1.无线电能传输系统主要器件：发射端和接收端线圈、电容、电阻、谐振电路；
2.发射端电源和信号源；
3.接收端负载电阻、直流电压表；
4.实验仪器：示波器、信号生成器。
三、实验原理：
四、实验步骤：
1.搭建发射端和接收端线圈、电容、电阻和谐振电路的结构；
2.给发射端线圈接入电源和信号源，在示波器上观察是否能产生高频电磁场信号；
3.给接收端线圈接入负载电阻，并用直流电压表测量输出电压；
4.调节信号频率，观察输出电压的变化；
5.测量不同频率下的输出电压大小，并记录；
6.根据测量结果，绘制输出电压与频率的关系曲线；
7.改变发射端和接收端之间的距离，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
8.根据测量结果，绘制输出电压与距离的关系曲线；
9.改变发射端和接收端线圈的尺寸，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
10.根据测量结果，绘制输出电压与线圈尺寸的关系曲线；
11.分析实验结果，探讨传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系。
五、实验注意事项：
1.实验时需保证线圈与电容及电阻之间的连线正确；
2.实验时应注意观察信号源和示波器的显示，避免高频电磁场对其他
设备造成干扰；
3.实验时需小心操作，避免触摸电源线或其他高压部件。
六、预期结果：
1.通过实验数据得出输出电压与频率、距离、线圈尺寸之间的关系曲线；
2.分析曲线，得出传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系；
3.得出优化磁耦合谐振式无线电能传输系统的方向，以提高传输效率。
基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计
基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种通过磁场耦合方式实现电能传输的无线电能传输技术。
与传统的无线电能传输技术相比，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有高效率、高安全性、低辐射等优点，在很多领域有着广泛的应用前景。
本文将对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行分析与设计。
首先，磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理是通过谐振腔和共振线圈实现能量的传输。
谐振腔和共振线圈之间通过磁场耦合，实现了能量的传输。
谐振腔是发射端和接收端都必须具备的，谐振腔内的电磁场能量被传输到共振线圈中，再通过共振线圈传输到接收端。
谐振腔和共振线圈的谐振频率需要匹配，以实现高效率的能量传输。
在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时，首先需要确定传输的距离和传输功率的需求。
传输距离的长短决定了系统的工作频率和设计参数的选择，传输功率的需求决定了系统的功率放大器的设计。
其次，需要进行谐振腔和共振线圈的设计。
谐振腔的设计主要是确定谐振腔的形状和尺寸，以及谐振腔的谐振频率。
谐振腔的形状和尺寸可以根据实际应用场景进行选择，谐振频率需要与共振线圈的谐振频率匹配。
共振线圈的设计主要是确定线圈的匝数和长度，以及线圈的电感值。
接下来是功率放大器的设计。
功率放大器是用来提高传输功率的装置，通常采用放大器来实现。
功率放大器的设计需要考虑放大器的频率响应、增益和功率效率等参数。
由于谐振腔和共振线圈是通过磁场耦合进行能量传输的，所以功率放大器的输出需要采用谐振腔和共振线圈的输入端进行耦合。
最后是系统的控制和保护。
在实际应用中，磁耦合谐振式无线电能传输系统需要具备良好的控制和保护功能。
控制功能可以通过监测传输功率、输出电压和电流等参数实现，保护功能可以通过过流、过压和过温等方式实现。
综上所述，基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计主要包括传输距离和功率需求的确定，谐振腔和共振线圈的设计，功率放大器的设计，以及系统的控制和保护。
新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化
新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化李阳1，2，娄志刚1，胡涛成1，张博扬1，安张磊1（1.天津工业大学电气工程学院，天津300387；2.天津理工大学电气工程与自动化学院，天津300384）摘要：为了进一步提高无线电能传输系统（WPT ）的空间自由度，提出了一种新型类半球体状发射机构，从理论角度出发，利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性；建立阵列式三维电能传输系统仿真模型，分析不同控制方式下的磁场分布规律，分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能，并搭建了无线电能三维传输实验系统，对该发射机构的传输性能进行验证。
结果表明：新型结构最远可在400mm 处实现效率为19.2%的能量传输；在相同距离下，处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%，具有高均匀度磁场；该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。
关键词：无线电能传输（WPT ）；三维发射线圈；空间高自由度；传输特性中图分类号：TM724文献标志码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园24）园2原园园75原08收稿日期：2022-09-30基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（51877151）通信作者：李阳（1979—），男，博士，教授，主要研究方向为无线电能传输、电力电子技术。
E-mail ：***************** Design and optimization of novel three-dimensional coupling mechanism forwireless power transferLI Yang 1，2，LOU Zhigang 1，HU Taocheng 1，ZHANG Boyang 1，AN Zhanglei 1（1.School of Electrical Engineering ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ；2.School of Electrical Engineering and Automation ，Tianjin University of Technology ，Tianjin 300384，China ）Abstract ：In order to further improve the space freedom of the wireless power transfer 渊WPT冤system袁a new semi-spheroidtransmitting mechanism is proposed.From the theoretical point of view袁the characteristics of three-dimensional 渊3D冤WPT system are analyzed using mutual inductance superposition principle and equivalent circuit model.The simulation model of array 3D power transmission system is established袁and the distribution of magnetic field under different control modes is analyzed.The transmission performance of the system was studied from the per鄄spective of distance characteristics and magnetic field distribution袁respectively.A three-dimensional wireless energy transmission experimental system is established to verify the transmission performance of the transmission mechanism.The results show that the new structure can achieve energy transfer with an efficiency of 19.2%up to 400mm.At the same distance袁the maximum efficiency deviation of the load coil receiving power in all direc鄄tions on the same horizontal plane is only 8%袁and it has a high uniformity magnetic field.The experimental re鄄sults show that the new type of 3D coupling mechanism has good transmission performance such as high spatialfreedom and directionless.Key words ：wireless power transfer （WPT ）曰three-dimensional transmitting coil曰spatial high degree of freedom曰transmis鄄sion characteristicsDOI ：10.3969/j.issn.1671-024x.2024.02.012第43卷第2期圆园24年4月Vol.43No.2April 2024天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕GONG 哉晕陨灾耘砸杂陨栽再无线电能传输（wireless power transfer ，WPT ）技术使用电设备摆脱了电线的束缚，其灵活、高效、便捷的特性令该技术逐渐成为传统输电方式的有力补充，在众多应用领域获得了广泛关注[1-5]。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计无线电能传输是一种通过电磁场传输能量的技术，已经在无线充电和电力传输等领域得到应用。
磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式，本文将详细介绍其设计。
首先，我们需要设计传输系统的基本结构。
磁耦合谐振式无线电能传输系统由两个主要部分组成：发送端和接收端。
发送端由电源、谐振电路和电磁辐射装置组成；接收端由谐振电路、整流电路和负载装置组成。
在发送端，电源提供电能给谐振电路，谐振电路通过调节谐振电容和谐振电感的数值来产生与接收端谐振频率相匹配的电磁场。
电磁辐射装置将电磁场辐射出去，以传输能量。
在接收端，谐振电路接收到发送端辐射出的电磁场，并与发送端的谐振频率相匹配。
整流电路将接收到的电磁能量转换为直流电能，供给负载装置使用。
为了实现高效的能量传输，需要对谐振电路进行精确的设计。
首先，需要通过计算确定发送端和接收端的谐振频率。
谐振频率的计算公式为：f=1/(2*π*√(LC))，其中f是谐振频率，L是谐振电感，C是谐振电容。
通过调节谐振电容的数值，可以精确控制谐振频率。
另外，谐振电路中的谐振电感可以通过螺线管或变压器等电感元件来实现。
电感元件的选择需要考虑到频率范围和能量传输效率等因素。
同时，为了增加能量传输的效率，可以采用功率放大器来提高传输功率。
功率放大器将发送端的电能转换为电磁能量，并将其放大到适合的功率水平。
为了确保安全性，还需要考虑电磁辐射的控制。
可以使用屏蔽罩或改变电磁场的辐射模式来减小电磁辐射范围。
此外，在实际应用中，还需要考虑传输距离和传输效率等因素。
在设计过程中，可以通过试验和模拟来进行优化。
总之，磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式。
通过精确设计谐振电路和选取合适的电感元件，可以实现高效能量传输。
同时，需注意对电磁辐射的控制，以确保系统的安全性。
磁耦合谐振式无线电能传输功率与效率分析
２ Ｏ １ ４年 ３ 月
电力 电子 技 术
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｖ ｏ １ ． ４ ８．Ｎ ｏ ． ３ Ｍａ ｒ ｃ ｈ ２ Ｏ１ ４
磁耦合谐振式无线电能传输功率与效率分析
李 晨 东 ，黄 守 道 ，李 中启 ，黄 禹
（ 湖 南大 学 ， 国家 电能变换 与控制 工程技 术研 究 中心 ，湖 南 长 沙 ４ １ ０ ０ ８ ２ ）
摘要 ： 通 过 电磁仿 真得 到 了螺旋 线 圈在 终端开 路和 终 端短 路两 种 不 同馈 电方 式下 相应 的等效 电路 ． 基 于螺 旋 线圈等 效 电路 ， 运用等 效 电路理 论 ， 建立 了螺旋 线 圈终端 短路 串 电容两 线 圈结构模 型 。利用 系 统 的等效 电路 ， 得到 了系 统输 出功 率和 传输 效率 的数 学表达 式 ， 并进 一 步分 析 了 当系统 谐振 时 ， 系统 的输 出功率 及传 输 效率
与互 感系 数 、 线 圈分 布 电容 、 线 圈 内阻和 负载 电阻等 参 数之 间 的关系 ， 从 而给 出了系 统 的参数 优化 方 法 ， 得到 了最 大功率 输 出时的最优 互感 值及传 输效 率随互 感值 变化 而变化 的趋 势 。设计制 作 了一套基 于螺旋 线 圈终端 短路 串 电容 模型 的磁 耦合谐 振式无 线 电能传输 系统 ， 通 过实 验验 证了上 述分 析的 正确性 。
ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｏ ｂ ａｉ ｔ ｎ ｅ ｄ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ｌｅ ａ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ， பைடு நூலகம் ｈ ｅ ｔ ｗｏ ｃ ｏ ｉ ｌ
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计摘要：无线电能传输技术是一项新兴技术，近年来得到了广泛的关注和研究。
本文提出了一种利用磁耦合谐振式高频自激振荡的方式实现高效能传输的无线电能传输系统。
该系统采用了磁耦合谐振（MCR）的方法，使得能量从发射端通过电容和电感的相互耦合传输到接收端，同时高频自激振荡的特性使得系统变得更加稳定和高效。
本文着重介绍了该系统的电路设计及其原理，并进行了实验验证。
实验结果表明，该系统能够以高效的方式传输电能，传输功率与距离之间的关系符合理论预测。
1. 简介随着现代社会的发展，用电量越来越大，电力传输方式也逐渐面临着诸多挑战。
有线传输无疑是目前最常用的一种方式，但随着能源需求的增加和环保意识的加强，一种新的无线电能传输技术逐渐成为人们关注的热点。
无线电能传输技术是利用电磁场传输电能的一种技术，可以消除电线电缆带来的各种问题，具有广阔的应用前景。
目前，无线电能传输技术已经成为人们研究的热点之一。
2. 系统原理2.1 磁耦合谐振磁耦合谐振是一种能够利用电容和电感之间的相互耦合来传输电能的技术，其原理如图1所示。
如图1所示，发射端和接收端分别由电容和电感组成，二者结合在一起形成一个谐振回路。
当交流电源加入电容时，电荷通过电感器产生了磁场，这个磁场又产生了反馈电流，从而使得电路开始自激振荡。
在自激振荡过程中，电荷可以通过电容和电感之间的相互耦合传输到接收端，从而实现无线电能传输。
2.2 高频自激振荡高频自激振荡是指电路自身具有产生高频振荡的能力，具有稳定、高效的特点。
在无线电能传输系统中，高频自激振荡可以使系统更加稳定和高效，提高传输效率和传输距离。
3. 系统设计图2 系统电路图如图2所示，发射端和接收端分别由电容和电感组成，二者结合在一起形成一个谐振回路。
发射端的电感器用一根比较细的铜丝做成，长度为37cm，直径为2.5mm，是自制的。
一种无线充电电源的方案设计
一种无线充电电源的方案设计摘要：本文设计了一款无线充电发射模块和接收模块，论述了磁耦合谐振式无线电能的传输基本原理，对设计方案中的发射模块进行了详细说明，针对接收模具提出了一种基于数字锁相环的频率跟踪方案。
关键词：无线充电电源；磁耦合谐振式；谐振补偿引言无线充电技术，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电装置（即充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电。
无线充电技术可分为四种类型：磁谐振式，电磁感应式，微波式和电场耦合式。
其中磁谐振式无线电能传输技术是将发射线圈的工作频率与接收线圈的工作频率调节一致，形成共振，在接收线圈中产生电流，实现电能的无线传输。
本文主要开展适用的磁谐振式快速无线充电技术的研究工作，解决同时实现大功率、远距离和高效率的技术瓶颈，提供高可靠性、高适用性的充电解决方案。
一、磁耦合谐振式无线电能传输机理通常使用等效模型的方式来研究磁耦合谐振式无线电能传输(WPT)系统的特性。
磁耦合机构可以等效为漏感较大的变压器，利用互感耦合模型可以有效分析WPT性能和参数变化情况。
通过采用电容补偿的方式来实现WPT系统的“谐振”效果，根据传能的不同要求来确定补偿拓扑结构。
1.1 WPT系统互感耦合模型图1为WPT系统磁耦合机构的电路拓扑及其等效模型，其中L p、L s分别为初级线圈、次级线圈的自感值，M为它们的互感值。
r p、r s分别为初、次级线圈内阻，R l为负载电阻，图1 磁耦合机构电路带载等效互感电路模型用频域变换列写初、次级回路方程（1）引入反映阻抗 Z r的概念，Zr为次级侧对初级侧的等效阻抗：（2）又次级回路中的总阻抗：（3）将式(3)回代式(2)化简则有：（4）借助反映阻抗将次级侧的电路可以等效至初级侧电路中进行分析计算，如图2图2 初级等效电路则输入侧的等效输入阻抗为：（5）从以上分析可得，初级等效电路中的阻抗除了纯阻性成分外还有电抗部分且电抗部分主要为感性成分。
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计高频自激振荡无线电能传输系统是一种无线电能传输技术，可以将能量从一个电路传输到另一个电路，而无需使用传统的导线连接。
这种技术可以广泛应用于电力传输、电子设备充电等领域。
磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是基于磁耦合和谐振实现的一种能量传输系统。
下面将对该系统的设计进行详细介绍。
1. 系统原理磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统由两个主要部分组成：能量发射端和能量接收端。
能量发射端包括功率放大器和发射线圈，能量接收端包括接收线圈和整流电路。
能量发射端通过功率放大器将输入电源信号放大，并通过发射线圈将能量以高频电磁波的形式传输出去。
能量接收端的接收线圈接收到高频电磁波，并将其转换为电能，然后通过整流电路将其转换为直流电能供电使用。
2. 系统设计（1）能量发射端设计能量发射端的主要设计参数包括功率放大器的功率和频率，发射线圈的感应系数和谐振频率。
功率放大器应具有足够的功率输出，并能够将输入电源信号放大到高频电磁波的水平。
功率放大器的功率输出可以通过控制电源电压来实现。
发射线圈的感应系数决定了能量传输的效果。
感应系数较大会提高能量传输效率，但也会增加系统的成本和复杂性。
需要在效率和成本之间进行权衡。
谐振频率应与接收线圈的谐振频率相匹配，以实现最佳能量传输效果。
谐振频率可以通过调整发射线圈的电感和电容来实现。
整流电路应能够将接收到的高频电能转换为直流电能。
一种常用的整流电路是使用稳压二极管和电容器的整流电路。
3. 系统优化为了实现最佳的能量传输效果，可以对系统进行优化。
可以通过调整发射线圈和接收线圈的物理尺寸和位置来优化系统的能量传输效率。
这可以通过模拟软件进行模拟和优化。
可以通过使用集成电路和微控制器来实现系统的自动控制和监测。
这将提高系统的稳定性和可靠性。
还可以通过改进谐振电路的设计和优化整流电路的效率来进一步提高系统的能量传输效果。
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第7 期
2012 年 7 月
电 机 与 控 制 学 报 ELECTRI C MACHINES AND CONTROL
Vol. 16 No. 7 July 2012
磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性
1， 2 1， 2 2 2 1 1 1 李阳 ， 杨庆新 ， 闫卓 ， 陈海燕 ， 张献 ， 金亮 ， 薛明
Abstract： Aiming at the efficiency of wireless power transfer via magnetic resonance coupling varies according to the air gap between the transfer device and receiver device，a new analysis on characteristic of frequency was presented，which yielded critical insight into the design of practical systems，including the introduction of frequency splitting that could be used to compensate the efficiency with different distance and the maximum operation distance that could be used to improve power transfer distance． Equivalent circuit model was designed and the experiment results verify the correctness of key theoretical analysis on frequency splitting and the maximum operation distance（ critical coupling point） ； thus it provides an effective reference for improving the power transfer efficiency and operation distance． Key words： wireless power transfer； magnetic resonance coupling； characteristic of frequency； frequency tacking； maximum operation distance
图1 Fig． 1
无线电能传输系统发射和接收模型 Transmitter and receiver model of wireless power transfer
电磁发射系统由激磁线圈和发射线圈组成， 他 们之间是通过直接耦合关系把能量从激磁线圈传到 发射线圈。电磁接收系统由接收线圈和负载线圈组 成， 他们之间也是通过直接耦合关系把能量从接收 线圈传到负载线圈。发射线圈与接收线圈之间通过 空间磁场的谐振耦合实现电能的无线传输 。其等效 电路模型如图 2 所示， 激磁线圈由激励源 （ 高频功 放） V S 和单匝线圈组成， 负载线圈由单匝线圈和负 载组成， 发射线圈和接收线圈均由具有相同谐振频 率的多匝线圈组成。
传统的直接接触式电能传输由于存在诸如产生 接触火花， 影响供电的安全性和可靠性， 甚至引起爆 造成重大事故等弊端。 因此寻找一种更为灵活 炸， 多年来国 方便的能量传输方式成为人类一个追求，
［1 － 3 ］ 。 内外的科学家执着开展了很多探索研究工作 直到 2007 年 MIT 的科学家提出了磁耦合谐振式的
中图分类号： TM 72 文献标志码： A 文章编号： 1007－ 449X（ 2012 ） 07－ 0007－ 05
Characteristic of frequency in wireless power transfer system via magnetic resonance coupling
无线电能传输的效率关键在于电磁发射系统和 电磁接收系统， 其模型如图 1 示。
激励线圈 发射线圈 （ 源端） 接受线圈 （ 设备端） 负载线圈
移动电气设备的电能灵活、 安全、 可靠的接入问题， 并已在轨道交通、 小家电、 大角度旋转机构等方面应 即直接利用 用。第 2 类是微波无线能量传输技术， ［9 ］ 电磁波 能 量 可 以 通 过 天 线 发 射 和 接 收 的 原 理 。 第 3 类是磁耦合谐振方式由美国麻省理工学院的 Marin Soljacic 科研小组提出， 他们也称之为 WiTricity 技术［10 － 12］。 相对来说， 微波方式目前传输距离最远， 传输功 率最大， 而且可以克服障碍物影响， 但是在能量传输 过程中， 发射器必须对准接收器， 能量传输受方向限 制， 微波在空气中的损耗也大， 效率低， 对人体和其 他生物都有严重伤害， 所以该技术一般应用于特殊 ［13 ］ 场合 。感应耦合式传输功率的容量目前可达数 百千瓦， 小尺度障碍物也并不会对其功率传输带来 大的影响， 但是传输距离非常近， 约为几个厘米。磁 耦合谐振式无线电能传输技术与感应式无线能量传 输技术不同之处在于该技术融合了共振技术 ， 不仅 提高了能量的传输距离， 而且提高了能量的传输效 ， 率 因此该技术已经成为无线能量传输领域又一新 的发展方向。 目前国内外在磁耦合谐振式无线电能传输方面 的研究都还处于起步阶段， 很多问题亟待解决， 比如 传输功率、 效率和距离的问题， 电磁兼容问题， 生物 安全问 题 等。 在 提 高 传 输 效 率 方 面 的 研 究， 文献 ［ 12］ 研究了生物体体内植入器件的无线电能传输 14］研究了不同参数的线圈对 系统的效率。 文献［ 传输效率的影响， 提出了最大效率的线圈优化设计 15］ 方法。文献［ 研究了发射、 接收线圈的匝数及线 16］通过 圈半径的大小对传输效率的影响。 文献［ 仿真和实验研究了不同传输频率和传输距离与传输 17 － 18］ 效率的关系。频率特性方面， 仅有文献［ 对
2 2 LI Yang1， ， YANG Qingxin1， ， YAN Zhuo2 ， CHEN Haiyan2 ， ZHANG Xian1 ， JIN Liang1 ， XUE Ming1
（ 1． Key Laboratory of Advanced Electrical Engineering and Energy Technology， Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China； 2． ProvinceMinistry Joint Key Laboratory of Electromagnetic Field and Electrical Apparatus Reliability， Hebei University of Technology，Tianjin 300130 ，China）
8
电
机
与
控
制
学
报
第 16 卷
0
引
言
频率分裂现象进行了研究， 但其研究主要针对感应 式电能传输系统进行的。目前对磁耦合谐振式无线 电能传输系统的频率特性还很少有研究 。这些研究 对无线电能传输技术作了大量有意义的探索工作 ， 因此本文在上述研究工作基础上， 进一步利用频率 特性的新方法来分析无线电能传输系统 。本文的特 色在于研究了磁耦合谐振式无线电能传输系统的频 率特性， 由此得到了频率分裂的规律和电能传输的 最大距离。这些为提高无线电能传输效率和距离提 供了有益的参考。
图 2 中激励源内阻为 R S ， 负载电阻为 R L ； L1 、 L2 、 L3 、 L4 分别为激磁线圈、 发射线圈、 接收线圈和负 C2 、 C3 、 C4 分别为激磁线圈、 载线圈的等效电感； C1 、
第7 期
李
阳等： 磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性 R + jωL + jωL 1 1 + =R 1 + = R jωCR jωC R 1+
无线电能传输原理并成功利用该理论在 2m 范围内 点亮一个 60W 的灯泡， 无线电能传输技术的研究才
［4 ］ 成为国内外学者研究的热点 。 到目前为止， 根据电能传输原理， 无线电能传输 ［5 ］ 可以分为 3 类 ： ［6 － 8 ］ ， 第 1 类是感应耦合式 （ ICPT ） 主要解决了
1
无线电能传输系统频率特性分析
收稿日期： 2012 － 02 － 29 基金项目： 国家自然科学基金（ 50977062 ） ； 天津市高等学校科技发展基金计划项目（ 20110411 ） 作者简介： 李 阳（ 1979 —） ， 男， 博士研究生， 讲师， 研究方向为无线电能传输理论与应用； 杨庆新（ 1961 —） ， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 研究方向为工程电磁场数值计算与磁技术； 闫 卓（ 1981 —） ， 男， 博士， 工程师， 研究方向为无线电能传输理论与应用； 陈海燕（ 1973 —） ， 女， 博士， 教授， 硕士生导师， 研究方向为工程电磁场数值计算与磁技术； 张 金 薛 通讯作者： 李 献（ 1983 —） ， 男， 博士， 讲师， 研究方向为无线电能传输理论与应用； 亮（ 1982 —） ， 男， 博士， 讲师， 研究方向为无损检测技术； 明（ 1987 —） ， 男， 硕士研究生， 研究方向为无线电能传输技术 。 阳
（ 1． 天津工业大学 电工电能新技术天津市重点实验室，天津 300387 ； 2． 河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津 300130 ）
摘 要： 针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而 波动的问题， 采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导 作用的结果， 其中包括频率分裂特性和最大传输距离 。利用频率分裂规律对不同距离的效率进行 频率跟踪补偿可以提高系统传能效率 。通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最 大传输距离（ 临界耦合点） 理论分析的正确性， 为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考 。 关键词： 无线电能传输； 磁耦合谐振； 频率特性； 频率跟踪； 最大传输距离