限定尺寸的無線電能傳輸線圈優(yōu)化設(shè)計

張智娟， 鄭龍飛， 楊 瑞

(華北電力大學電氣與電子工程學院， 保定 071003)

無線電能傳輸技術(shù)(wireless power transfer, WPT)是指電源和負載之間的電能轉(zhuǎn)換主要以電磁波的形式進行而不需要物理導線的連接，和傳統(tǒng)的傳輸方式相比，因更加安全、便捷、靈活、適應性強的特點而備受關(guān)注[1]。目前WPT技術(shù)可以分為感應式、磁耦合諧振式和微波式無線電能傳輸三種形式。其中微波式無線電能傳輸距離雖遠，但效率卻極低。感應式和磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)都能以高效率完成電能的傳輸，磁耦合諧振式因具有較遠的傳輸距離而占據(jù)了更多優(yōu)勢成為該領(lǐng)域研究的焦點[2]。

傳輸效率作為WPT系統(tǒng)的重要指標，一直以來都是研究和應用的重點，而線圈作為WPT系統(tǒng)的重要組成部分對傳輸性能有至關(guān)重要的作用，曾玉鳳等[3]介紹了線圈常用的設(shè)計方法，總結(jié)了各方法的適用范圍，提出了設(shè)計具有高品質(zhì)因數(shù)和均勻磁場的線圈是線圈優(yōu)化設(shè)計的方向。研究表明對傳輸線圈的匝數(shù)、內(nèi)徑、線徑等參數(shù)進行優(yōu)化能有效提升系統(tǒng)傳輸效率[4]。其中線圈匝數(shù)的影響最大，其次是線圈內(nèi)徑，最后是匝間距和線徑[5]。劉國波等[6]通過為線圈增加磁芯來增大線圈的互感和耦合系數(shù)的方法提升了系統(tǒng)的傳輸效率，在450 kHz的工作頻率和40 cm的傳輸距離下，系統(tǒng)能夠獲得80%左右的傳輸效率。在線圈類型方面，文獻[7]優(yōu)化設(shè)計了一種新型線圈，在具有水平偏移的情況下和平板型線圈相比具有更好的互感和耦合系數(shù)并且體積比平板型線圈減小了40%。……