磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证
基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究
基于磁耦合谐振的无线电能传输系统的研究摘要：本文分析和设计了一种基于磁耦合谐振的的无线电能传输系统，并对无线电能传输的技术进行了分析和阐述，分析其中存在的优势特征，并对磁耦合谐振的的无线电能传输的传输距离进行粉分析并研究该系统传播的效率。
本文就无线电能传输系统进行了相应的实验和测试，实验的结果表明，在当系统达到了一定传输效率时，能够实现最优化的系统设计，并对理论分析的有效性进行了相应的验证。
关键词：磁耦合谐振，无线电能传输系统前言无线电能传输的概念在19世纪就出现了，当时是由尼古拉•特斯拉提出的，并在1902年申请了相关的技术专利，后面许多科学家对此展开了研究，并取得了一定的成果，然而在距离方面始终没有获得突破性的进展。
根据无线电传输装置技术的原理，无线电传输方式主要氛围电磁波式、电磁感应式和磁耦合谐振式三种传输技术。
其中电磁波式的无线电能传输技术的实质是利用微波来代替传统的输电装置，然后根据该技术的特点，对传输距离比较长且视距较长和视距传输以及传输方向受限的内容进行分析。
当空气中的无线电传输出现较大损耗时，对周边的环境会带来较大的影响。
一、耦合谐振的的无线电能传输技术原理（一）磁耦合谐振原理磁耦合谐振指的是载流线圈之间经过各自磁场之后相互联系的物理现象。
在靠近磁场的区域，电磁场的能力辐射源内部和辐射的原因是周围空间周期性的流动，并不断的由内向外辐射，出现非辐射性的磁耦合的效应，并且辐射不会向外，属于非辐射性的磁耦合。
磁耦合谐振的无线电传输技术主要是利用磁耦合谐振技术来促进无线传输效率的提升，它的理论基础是磁耦合谐振，在某一个确定的频率下，两个相同的磁耦合谐振在物体之间产生了较为强烈的磁耦合，并且可以实现较好的转移。
依据电路伦理的知识运算，影响系统传输功率、传输效率的因素包含了谐振补偿电容、品质因素、谐振线圈参数和谐振频率、负载电阻等，通过谐振理论来对系统的传输效率进行计算和研究，得出影响系统传输性能的内在联系，并进行进一步的优化。
关于磁耦合谐振式无线充电系统能量传输原理及距离因素的研究
摘
要： 本 文介 绍了无线充电技术 ，指出了磁耦合谐振式 无线 充电技术的优点 ，分析其原理 ，搭建 了设备 实体 ，通过研究发射功率和 负载获得功 率与充 电间隔距离之间关系的实验 ， 发现近 距离充电时耦合 因数会使最佳谐振频率漂移 ，远距离充 电转换功率会 减小 ，从而得 出寻 求合适 的距离 能使 充电功率保持稳定的结论 。
１ ． ２ 波 的 耦 合
１ ． Ｉ ｇ＃ ｌ ！
磁 耦合 谐 振式 无线 充 电技 术是 依 据 电磁辐 射 近场 理 论 、耦合理论 和谐振理论 。我们知道 无线充 电的传 输能量
无线充 电技 术利用 电磁波 耦合原理来传输 电能 ，耦合
依 靠 电磁波 ，只有在 电磁辐 射近场媒介 中发生 电磁 波耦合 在 众多电子器件 中得到应 用 ，用数学模型分析耦合 原理如
关键词 ： 耦合 ；谐振 ；电磁辐射近场 ；充 电距 离
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｔｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ， ｐｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏｕ ｔ Ｍ ＣＲ —Ｗ Ｐ Ｔ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ，ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｔ ｈｅ
ｅ ｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｉ １ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｄｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ， ｉｎ ｆ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ａ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｃ ｈａ ｒ ｇ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｌ ｌ ｍａ ｋｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｒ ｉ ｆ ｔ ， ｉ ｎ ｆ ａ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｃ ｈａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｗｉ ｌ ｌ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ Ｔｈｅ ｎ ｔ ｒ ｙ
基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的原理及技术分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方式。无线 电能传 输 （ ＷＰ Ｔ １ 又 可称为无接触
电能传输 （ ＣＰ Ｔ ） ，无线 电能传输技术指 的是电 能从 电源到负载中间不需要电线 连接的一种能 量传 输 方 式 。
磁 场 耦 合 式 无 线 电 能 传 输 包 括 电 磁 感 应 式 和 磁 耦 合 谐 振 式 两 种 电 能 传输 方 式 ， 它 们 都 是利 用 电磁 效应 来 实 现 能 量 的 无线 传 输 。磁 耦 合 谐振 式 无 线 输 电 是 磁场 耦 合 式 无 线 电 能 传输 的 一种 特 例 ， 与 电磁 感 应 式 的不 同 之处 在 于 ：
２ 磁耦合 谐振式 无线 电能传输 的基 本结 构和工作 原理
２ ． １ 磁 耦 合 谐 振 式 无 线 电能 传 输 系统 的 整 体 构
成
该系统的两个收发线圈固有频率相 同，当驱动
信 号频 率和 线 圈 固有 频 率 相 同 时 ，两 收 发 线 圈 之 间 发 生谐 振 ，此 时 谐振 耦 合 回 路 阻抗 最 小 ，
电子技术 ・ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
基于磁耦 合谐振式无线 电能传输 系统的原理及技术 分析
文／ 王萌 黄睿 杨 杰
以 分 为 电 磁 辐 射 式 、 电场 耦 合 式 、 磁 场 耦 合 式
谐 振 补 偿 电 路 使 发 射 和 接 收 线 圈 具 有 相 同 的 固
（ ５ ） 外 壳 采 用 铝 合 金 材 料 ， 具 有 很 强 的 屏 蔽 作 用 。线 路 板 采 用 双 面 板 设 计 ，走 线 合 理 ，
高 电平 ，使 下面 几路通道有效 。当第二路有 手 动 电 路 由 Ｄ 锁 存 器 组 成 ，Ｋ１ ，Ｋ２ ， 言号 时 ， 高 电平 送 到 路 自 动 判 断 门 Ｕ５ Ｃ的 １ ０ Ｋ３ ，Ｋ４为 各 路 的 按 钮 ， 当 Ｋｌ按 一 下 时 ， Ｏｌ 使 该 与 门输 出高 电平 。在 自动 选 择 为 高 电 出现 高电平 ，该电平被锁存 ，通过 手动控 制电
多负载磁耦合谐振式无线电能传输功效分析
多负载磁耦合谐振式无线电能传输功效分析
无线电能传输是一种将电能通过无线电波的形式传输到目标设备的技术。
在传统的无
线电能传输系统中，通常使用电磁感应的方式进行能量传输。
这种方式容易受到传输距离
限制和传输能量损耗等问题的影响。
针对这些问题，磁耦合谐振式无线电能传输被提出，
并在近年来得到了广泛的研究和应用。
磁耦合谐振式无线电能传输是一种利用磁场耦合的方式来实现能量传输的方法。
它通
过在发送端产生高频的交变电流，使得发送端的线圈处于谐振状态，从而形成一个强磁场。
在接收端也放置了一个相同谐振频率的线圈，使其能够接收到发送端的磁场能量。
通过磁
场的耦合，能量可以从发送端传输到接收端，实现无线电能传输。
多负载磁耦合谐振式无线电能传输是在单一发送端和单一接收端的基础上，通过在接
收端添加多个负载来实现多个设备之间的能量传输。
在多负载磁耦合谐振式无线电能传输
系统中，发送端的电路会为每个接收端的负载电路提供相应的能量。
相比于传统的无线电
能传输系统，多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统具有以下几个优点：
多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统能够同时向多个设备传输能量。
传统的无线电
能传输系统通常只能向一个设备传输能量，而多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统可以
同时向多个设备传输能量，提高了能量传输的效率。
多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统具有较高的传输效率和能量分配灵活性，可以
满足多个设备之间的能量传输需求。
随着无线电技术的不断发展和应用的推广，多负载磁
耦合谐振式无线电能传输系统有望在未来得到更广泛的应用。
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。
磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究
磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究一、概述随着科技的快速发展，无线能量传输技术逐渐成为研究热点，其中磁耦合谐振式无线能量传输技术因其高效、长距离传输、安全可靠和便捷等优点，受到了广泛关注。
磁耦合谐振式无线能量传输技术利用电磁感应原理，通过两个谐振频率相等的线圈（发射线圈和接收线圈）实现电能的无线传输。
在谐振状态下，能量传输效率可以达到极高，甚至超过97，同时传输距离也能达到数米以上，满足多种场景的使用需求。
本文将对磁耦合谐振式无线能量传输技术的机理进行深入研究，分析其工作原理、能量传输过程以及应遵循的准则。
我们将利用耦合模公式建立该技术的数学模型，并通过实验验证模型的正确性。
我们还将研究不同类型干扰源对该技术的影响，提出相应的解决方案。
磁耦合谐振式无线能量传输技术的研究不仅有助于推动无线能量传输技术的发展，还可以为我们的生活和工作带来极大的便利。
随着研究的深入和技术的完善，磁耦合谐振式无线能量传输技术有望在未来广泛应用于各个领域，改变我们的生活方式。
1. 无线能量传输的背景与意义随着科技的飞速发展，人们对于设备便携性和使用便捷性的需求日益增强。
在这样的背景下，无线能量传输技术应运而生，它为人们提供了一种全新的、无需物理连接的电能传输方式。
无线能量传输不仅极大地方便了人们的生活，更在多个领域，如医疗、航空航天、电动汽车等，展现出巨大的应用潜力。
传统的有线充电方式存在着许多限制，如电缆的束缚、接口的兼容性问题、插拔的繁琐等。
这些问题在一定程度上限制了设备的使用场景和用户体验。
而无线能量传输技术则彻底解决了这些问题，它允许设备在无需物理连接的情况下进行充电，极大地提高了设备的便携性和使用的便捷性。
无线能量传输技术还具有节能环保的优点。
传统的有线充电方式，由于电缆的存在，会产生一定的能量损耗和电磁辐射，而无线能量传输技术则能够减少这些损耗和辐射，实现更加环保的电能传输。
磁耦合谐振式无线能量传输技术作为无线能量传输技术中的一种，具有传输效率高、传输距离远等优点。
磁耦合谐振式超导无线电能传输的性能研究
磁耦合谐振式超导无线电能传输的性能研究磁耦合谐振式超导无线电能传输的性能研究引言：随着科技的不断发展，能源传输成为人们关注的热点问题之一。
无线电能传输作为一种新兴技术，吸引了广泛的关注和研究。
磁耦合谐振式超导无线电能传输是一种有潜力的技术，具有较高的能量传输效率和较远的传输距离。
本文旨在通过对磁耦合谐振式超导无线电能传输的性能进行研究，为其在实际应用中的推广和发展提供参考依据。
一、磁耦合谐振式超导无线电能传输的原理磁耦合谐振式超导无线电能传输是利用物理现象中的磁耦合和谐振效应，通过特殊设计的共振装置，在发射端产生电磁场，使其与接收端的共振元件相互耦合。
通过调整共振频率和传输距离，实现高效的无线电能传输。
二、磁耦合谐振式超导无线电能传输的优势1. 高能量传输效率：利用超导材料的特性，减少能量传输过程中的能量损耗，提高能量传输效率。
2. 较远的传输距离：磁耦合谐振技术能够实现能量在距离较远的情况下的传输，大大提高了传输的便捷性和适用范围。
3. 环境友好：相较于传统的电线传输方式，磁耦合谐振式超导无线电能传输具有无线、无污染、无辐射等优势，对环境更加友好。
三、磁耦合谐振式超导无线电能传输的性能研究1. 共振频率调整对传输效率的影响：研究发现，共振频率与传输效率密切相关。
适当调整共振频率可以提高能量传输效率，但频率过高或过低都会导致能量损耗增加，降低传输效率。
2. 传输距离对传输效率的影响：研究发现，在一定范围内，能量传输效率与传输距离成正比。
然而，随着传输距离的增加，能量传输效率会逐渐降低，需要进一步优化装置和技术，提高传输效率。
3. 超导材料对传输效率的影响：超导材料是磁耦合谐振式超导无线电能传输中的关键因素之一。
选择合适的超导材料可以提高能量传输效率和传输距离。
目前，高温超导材料是研究的热点，能够在相对较高的温度下实现超导，提供更好的传输性能。
四、磁耦合谐振式超导无线电能传输的应用前景1. 无线电能传输领域：磁耦合谐振式超导无线电能传输技术具有高效、远距离和环境友好的特点，有望替代传统的电线传输方式，广泛应用于无线电能传输领域。
磁耦合谐振式动态无线电能传输系统研究
磁耦合谐振式动态无线电能传输系统研究磁耦合谐振式动态无线电能传输系统研究近年来，随着移动设备的普及和无线电能技术的发展，动态无线电能传输系统逐渐成为研究的热点之一。
磁耦合谐振式动态无线电能传输系统作为其中一种技术，具有较高的传输效率和便利性，在许多应用领域具有广阔的前景。
本文就磁耦合谐振式动态无线电能传输系统的原理、技术特点以及研究进展进行综述和分析。
磁耦合谐振式动态无线电能传输系统是利用谐振的电磁感应原理，通过将能量源和能量接收器之间的耦合电路进行谐振，实现高效的无线能量传输。
系统由能量源、能量接收器和磁耦合谐振电路组成。
能量源是无线电能传输系统的核心，一般采用高频信号发生器和功率放大器。
高频信号发生器会产生一定频率的电信号，并通过功率放大器将其放大，以提供足够的能量传输到能量接收器。
能量接收器则是接收能量源传输的电能，并将其转化为所需要的直流电能供给电子设备。
能量接收器一般由谐振电路、整流电路以及负载组成。
谐振电路起到与能量源进行耦合的作用，通过更好地匹配谐振频率，提高能量传输的效率。
整流电路则将接收到的交流电转化为直流电，并通过稳压电路提供稳定的直流电能给负载使用。
磁耦合谐振电路作为传输系统的关键组成部分，可以实现高效的电能传输。
磁耦合谐振电路主要由线圈和电容器组成。
线圈部分包括送电线圈和接电线圈，通过线圈间的磁耦合实现能量的传输。
电容器则用于实现谐振频率的匹配，提高能量传输效率。
磁耦合谐振式动态无线电能传输系统具有许多优点。
首先，由于采用了谐振电路，能够实现较高的能量传输效率。
其次，传输过程中可以实现相对较远的距离，不受物体遮挡的影响。
与传统的电线传输相比，具有更大的灵活性和便利性。
此外，传输的能量可以根据需求进行调整，使能量传输更加智能化。
目前，磁耦合谐振式动态无线电能传输系统在多个领域均有应用。
在医疗领域，可以用于医疗设备的无线充电，提高患者的使用便利性。
在工业领域，可以用于机器人、传感器等设备的供电，减少供电线路的使用，提高工作效率。
磁耦合谐振式无线能量传输的研究
图2-3 感应式无线能量传输技术示意图
该技术的开发研究也正在进行中，目前已经有商业化产品出现， 如 图 2-4 为 英 国 SplashPower 公 司 2005 年 上 市 的 无 线 充 电 器 splashpads，就是利用了变压器原理，在塑胶薄膜里面装有产生磁场 的小线圈阵列(变压器原边)， 以及由磁性合金绕以电线制成的口香糖 大小的接收线圈(变压器副边） ，可以贴在电子设备上。由于该技术的 传输距离太近，并不能把人们从电线的束缚中解放出来，给人们生活 带来方便，所以这种为小功率型移动设备如手机、MP3 等充电的无线 充电器到目前并不普及， 该技术主要用于恶劣环境下为大型功率设备 供电，如电动汽车，起重机、电梯、牵引式电力机车、运货行车及井 下、水下设备，如图2-5 所示为日本设计的感应式充电电动汽车。
di1 di M 2 dt dt di2 di u2 L2 M 1 dt dt u1 L1
工程上为了定量描述两个耦合线圈的耦合紧疏程度，定义了耦合 因数，用k表示，有
k
def
M 1 L1 L2
k 的大小与两个线圈的结构和相互位置以及周围磁介质有关。 改变或
调整他们的相互位置有可能改变耦合因数的大小；当和一定时，也就 是相应地改变了互感M 的大小。
3.3 电磁感应定律
在该技术中，线圈与线圈之间的耦合是基于电磁感应原理的，闭 合回路所围面积的磁通量 B 随时间发生变化时， 电路中将有感应电动 势 i 产生， 感应电动势 i 的大小与穿过磁通量的变化率 dφB / dt 成 正比，这就是法拉第电磁感应定律，它给出了感应电动势与磁通量变 化率之间的关系。
磁耦合谐振式无线能量传输的研究
姓名：冯文波 班级：控制 5 班 学号:2111304201
磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证
磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证张智娟;张湘雨【摘要】针对三线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统中线圈距离对系统性能的影响问题,分别从理论上推导出负载功率和传输效率关于线圈间距的函数表达式、计算相邻线圈最佳间距的函数关系式,提出利用求解非线性规划问题的方法求解中继线圈最佳位置.基于以上推导设计了系统软件,该软件能够根据给定的系统参数直接输出传输功率、系统效率等值并进行优化.最后通过实验验证了理论和设计的可行性,对于不同的系统可以通过理论和软件来确定各个线圈的最佳位置.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)033【总页数】6页(P53-58)【关键词】无线能量传输;磁耦合谐振;三线圈;线圈距离;软件设计【作者】张智娟;张湘雨【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学电气与电子工程学院,保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM724.1磁耦合谐振式无线能量传输(wireless power transmission, WPT)系统利用空心线圈磁场耦合谐振作用实现中等距离非接触供电，它相对于感应式传输系统增加了传输距离，提高了系统灵活性，不会对人体产生危害，在各个领域中具有广阔的应用前景[1]。
传输效率和负载接收功率是磁耦合谐振式WPT系统中的主要性能指标，研究表明增加系统谐振频率，增大线圈半径，调整线圈方位[2,3]、减小传输距离等均可提高系统性能。
但最方便可行的办法是在收发线圈之间加入中继线圈，而且为了达到最大传输效率或最高负载功率，直接调节线圈之间的传输距离在实际中最简单方便。
黄智慧等[4]建立了双中继线圈和三中继线圈的物理模型，得到了最大负载功率达到最大值时线圈位置关系以及相应的传输效率，通过仿真和实验得出负载功率最大时线圈之间的距离并非相等的结论。
Lee等[5]利用电路理论指出，在给定总传输距离的情况下，当谐振器数量超过三个时，存在一个提供最佳效率的不等间距布置。
磁耦合谐振式无线电能传输关键技术研究
磁耦合谐振式无线电能传输是一种利用磁场耦合实现能量传输的技术，其具有传输效率高、传输距离远、安全可靠等优点。
本文将针对该技术的关键技术进行研究，分析其原理、应用和发展前景，为相关研究和应用提供参考。
一、磁耦合谐振式无线电能传输的原理磁耦合谐振式无线电能传输是通过谐振器和磁耦合器实现能量传输的技术。
其原理是利用发射端的谐振器产生的磁场能量，通过磁耦合器传输到接收端的谐振器，再转换为电能。
在传输过程中，发射端和接收端的谐振器需要保持共振，以达到最大传输效率。
二、磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术1. 谐振器设计技术谐振器设计是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。
谐振器的设计需要考虑频率匹配、谐振特性、功率损耗等因素，以实现高效能量传输。
2. 磁耦合器设计技术磁耦合器是实现磁耦合谐振式无线电能传输的重要组成部分。
其设计需要考虑磁场耦合效率、磁耦合距离、传输效率等因素，以实现可靠的能量传输。
3. 控制与调节技术在磁耦合谐振式无线电能传输过程中，控制与调节技术起着关键作用。
通过控制谐振器的频率、功率和相位，可以实现对能量传输过程的精确控制和调节，提高传输效率和安全性。
4. 系统集成与优化技术磁耦合谐振式无线电能传输涉及多个部件和子系统，系统集成与优化技术对于实现整体性能的提升至关重要。
通过系统集成与优化，可以实现功率损耗的最小化、传输效率的最大化等目标。
5. 安全与防护技术在磁耦合谐振式无线电能传输过程中，安全与防护技术需要得到重视。
通过设计安全机制、防护措施等手段，可以确保传输过程的安全可靠。
三、磁耦合谐振式无线电能传输的应用磁耦合谐振式无线电能传输技术广泛应用于电动汽车充电、智能家居、医疗设备等领域。
由于其传输效率高、安全可靠等特点，受到越来越多领域的关注与应用。
1. 电动汽车充电磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现电动汽车的无线充电，解决传统充电方式存在的插座损坏、充电线松动等问题，提高充电便利性和安全性。
磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证
Analysis and Validation on Characteristic of Orientation in Wireless Power Transfer System via Coupled Magnetic Resonances
Li Yang 1,2, Yang Qingxin 1,2, Yan Zhuo 3, Zhang Chao 4, Chen Haiyan 2, Zhang Xian 1 （ 1. Tianjin Key Laboratory of Advanced Electrical Engineering and Energy Technology Tianjin Polytechnic University Tianjin 300130 Tianjin 300387 China ; 2. Province-Ministry Joint Key Laboratory Hebei University of Technology 100823 China; 4. Institute of China ） Beijing 100190 Beijing of Electromagnetic Field and Electrical Apparatus Reliability China; 3. China Electrotechnical Society Electrical Engineering of Chinese Academy of Science Abstract
。直到 2007 年美国麻省
理工学院（ MIT ）的 Marin Soljacic 课题组提出了 磁耦合谐振式的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 大致可以分为三类 [6-11]：感应耦合式、微波辐射式、 磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁 耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两 个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能 量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱
磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究共3篇
磁耦合谐振式无线能量传输机理的探究共3篇磁耦合谐振式无线能量传输机理的探究1磁耦合谐振式无线能量传输机理的探究随着无线充电技术的进步和普及，越来越多的人开始关注无线能量传输技术。
磁耦合谐振式无线能量传输技术是一种新型的无线能量传输技术，其传输效率高，传输距离遥，成为无线能量传输技术中的热门探究方向。
本文将详尽介绍磁耦合谐振式无线能量传输技术的机理及其优点。
磁耦合谐振式无线能量传输技术的机理磁耦合谐振式无线能量传输技术是利用电磁感应原理将电能无线传输到接收端。
该技术主要由两个线圈组成，分别是发射线圈和接收线圈。
发射线圈产生一个高频电磁场，接收线圈则通过电磁感应原理将该电磁场转化为电能进行存储或输出。
磁耦合谐振式无线能量传输技术的关键在于谐振。
在谐振状态下，发射线圈和接收线圈的共振频率相等，能量传输效率最高。
此时，能量传输距离可以遥达数米以上，并且传输效率可以达到97%以上。
相比于其他无线能量传输技术，磁耦合谐振式无线能量传输技术具有较高的能量传输效率和传输距离范围。
磁耦合谐振式无线能量传输技术的优点1. 高效：磁耦合谐振式无线能量传输技术能够达到高达97%以上的能量传输效率，比其他无线传输技术效率高出浩繁。
2. 长距离传输：磁耦合谐振式无线能量传输技术在谐振状态下，能够传输数米以上的距离，能够满足多种场景使用需求。
3. 安全：磁耦合谐振式无线能量传输技术接受电磁感应原理传输电能，相比传统有线充电的传输方式更为安全可靠。
4. 便捷：磁耦合谐振式无线能量传输技术不需要使用充电器和电线，更加便捷省时，能够大大提高生活和办公的效率。
结论磁耦合谐振式无线能量传输技术是一种高效、长距离传输、安全可靠和便捷的无线能量传输技术。
尽管探究仍在不息深度和完善当中，但可以猜测的是，磁耦合谐振式无线能量传输技术将会改变我们平时生活和工作的方式综上所述，磁耦合谐振式无线能量传输技术具有高效、长距离传输、安全可靠和便捷等诸多优点。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究报告
磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究报告一、引言近年来，无线电能传输技术受到广泛关注和研究。
传统无线电能传输存在能量损耗和电磁辐射等问题，磁耦合谐振式无线电能传输技术应运而生。
本文将对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行研究和探讨。
二、磁耦合谐振式无线电能传输系统原理磁耦合谐振式无线电能传输系统主要由两个共振电路组成，即传输端和接收端。
传输端由一个电源、一个功率放大器和一个谐振电路组成；接收端由一个谐振电路、一个整流电路和一个负载组成。
传输端的电源和功率放大器将电能转化为高频电磁场，在谐振电路的作用下，高频电磁场被传递到接收端，经过整流电路的整流，最终驱动负载工作。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的主要特点在于传输端和接收端之间通过磁耦合的方式实现能量传输，能量传输效率高，无线电辐射小，对人体和环境无害。
三、磁耦合谐振式无线电能传输系统设计1.传输端设计传输端的谐振电路由一个电感和一个电容组成，其谐振频率可以根据实际需求进行调整。
功率放大器的输出功率应根据传输距离和接收端负载特性进行匹配，以确保能量传输效率。
2.接收端设计接收端的谐振电路和传输端谐振电路相同，其谐振频率需与传输端相匹配。
整流电路采用全波整流电路，对于低功率应用可以采用简单的整流电路，对于高功率应用可以采用桥式整流电路。
负载可以是电池、LED灯等。
四、磁耦合谐振式无线电能传输系统实验根据设计参数，搭建了磁耦合谐振式无线电能传输系统实验平台。
在传输端接入电源和功率放大器，接收端接入负载。
实验结果表明，磁耦合谐振式无线电能传输系统能够实现高效、低辐射的无线电能传输。
五、磁耦合谐振式无线电能传输系统应用磁耦合谐振式无线电能传输系统可以应用于无线充电、智能家居、无人机等领域。
其中，无线充电领域是应用最为广泛的领域。
通过磁耦合谐振式无线电能传输技术，可以实现电动汽车、智能手机、智能手表等设备的无线充电，方便快捷。
六、结论磁耦合谐振式无线电能传输技术具有高效、低辐射、环保等优点，可以应用于无线充电、智能家居、无人机等领域。
基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计
四、设计方案
四、设计方案
为了克服上述挑战，本次演示提出一种基于磁耦合谐振式无线电能传输技术 的创新设计方案。具体实现方案如下：
四、设计方案
1、选用高性能磁性材料和低损耗线圈，以提高传输效率和减小损耗。 2、通过调节发射和接收线圈的参数，实现最佳的磁场耦合和共振效果。
3、加入电磁屏蔽层，以减小对 周围电子设备的干扰。
五、总结与展望
1、提高传输效率和传输距离：通过优化线圈设计和材料选择等手段，提高磁 耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率和传输距离。
五、总结与展望
2、降低成本：探索低成本的材料和制造工艺，以降低磁耦合谐振式无线电能 传输技术的成本，使其更具市场竞争力。
五、总结与展望
3、拓展应用领域：将磁耦合谐振式无线电能传输技术应用于更多领域，如医 疗器械、智能交通工具等。
验证实验
验证实验
为验证磁耦合谐振式无线电能传输的方向性，我们设计了一个实验系统，包 括发射和接收线圈、功率源、测量仪器等。实验过程中，我们将发射线圈和接收 线圈分别置于不同角度和距离的位置，测量其传输效率。具体实验步骤如下：
验证实验
1、搭建实验系统，包括发射和接收线圈、功率源、测量仪器等。 2、将发射线圈和接收线圈置于同一水平面上，保持两者中心线重合，测量传 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
01 一、导言
目录
02 二、技术原理
03 三、应用分析
04 四、设计方案
05 五、总结与展望
06 参考内容
内容摘要
无线电能传输技术近年来得到了广泛的和研究，其中磁耦合谐振式无线电能 传输技术具有传输效率高、传输距离远等优点，因此在许多领域具有广阔的应用 前景。本次演示将对磁耦合谐振式无线电能传输技术的原理、应用和设计进行分 析和探讨。
磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与分析
磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与分析磁耦合谐振式无线电能传输技术（MagneticallyCoupledResonantWirelessPowerTransmission,MCRW PT）是一种可以在很远距离之间传输电能的新技术，具有安全性高、传输效率高、传输功率大、非接触式等优点，可以用来满足现代越来越多的需求。
本文将对该技术进行概述并且以有限元方法建立模型，利用模型对MCRWPT的工作原理进行分析，最后在ANSYS的支持下利用数值仿真的方式进行分析及校验结果，得到系统的设计参数和有效的传输效果。
1.磁耦合谐振式无线电能传输系统简介磁耦合谐振式无线电能传输系统（MCRWPT）是一种基于磁传输原理的无线电能传输方式，可以用来在很远的距离之间传输电能，即发射端利用射频信号发射磁场，接收端利用收发器把射磁场转换为电能。
该系统具有高安全性、高传输效率、有效的传输功率以及非接触式传输等优点，保证了其在实际应用中越来越受到重视。
磁耦合谐振式无线电能传输系统大致由三部分组成：发射端、中空区域及接收端，它们分别由发射源、发射线圈、发射天线、中空区域、应答线圈、接收天线及接收器组成，各个组件之间相互协调工作，保证了系统能够实现电能的有效传输。
2.建立MCRWPT模型为了更好地理解MCRWPT系统，本文将运用有限元的思想建立该系统的模型，并且采用有限元法求解系统的响应电场，从而得出系统的传输特性和传输效率。
首先，对系统的中空区域进行三维有限元分析，以确定发射端和接收端之间的磁通密度分布。
然后，将应答线圈的电场特性模拟出来，从而求出接收端的电流分布及电压特性，从而分析系统的传输特性，并且在有限元分析的支持下确定系统的最佳参数，从而得出该系统的最终传输效果。
3.数值仿真分析及结果为了更好地理解系统的传输特性，本文利用ANSYS的有限元分析工具，模拟出系统的电场分布特性，并根据实际情况求出系统的最佳参数，结果表明，当系统的发射功率设定在100W，发射频率设定在1MHz时，两个线圈间可以实现充分耦合，从而保证了足够高的传输效率。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究与优化设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究与优化设计磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究与优化设计引言：随着科技的快速发展，无线电能传输技术逐渐成为一种具有广阔应用前景的研究领域。
传统的无线充电技术存在着能量传输效率低、距离短、干扰大等问题，而磁耦合谐振式无线电能传输系统则可以克服这些问题。
本文将对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行研究与优化设计。
一、磁耦合谐振式无线电能传输系统的原理磁耦合谐振式无线电能传输系统是通过谐振技术将能量从发射端传输到接收端的一种无线充电方法。
当发射端的谐振线圈中通电时，会在空间中形成一个交变磁场。
接收端的谐振线圈与发射端的谐振线圈相互耦合，形成共振现象。
通过调整发射端和接收端的谐振频率、谐振线圈的结构以及阻尼系数，可以使能量在两个线圈之间高效传输。
二、磁耦合谐振式无线电能传输系统的关键技术（一）谐振器设计：发射端和接收端的谐振器设计是系统中的关键环节。
合理设计谐振器的结构和参数，能够提高能量传输的效率。
同时，谐振器的选材也是一个重要因素。
（二）频率匹配与自适应调整：发射端和接收端的谐振频率必须匹配，否则能量传输效率将受到影响。
由于环境变化等因素，谐振频率可能会发生漂移。
因此，设计一个能够实时感知并自适应调整谐振频率的机制非常重要。
（三）功率传输控制：磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率传输控制也是一个需要考虑的重要因素。
过大或过小的功率传输都会影响系统的效率和安全性。
三、磁耦合谐振式无线电能传输系统的优化设计（一）优化谐振器结构：通过数值模拟和实验验证，优化谐振器结构，提高其谐振频率和谐振特性。
（二）优化耦合机制：通过改变谐振线圈之间的耦合方式和距离，进一步提高能量传输效率。
（三）优化功率传输控制策略：采用闭环控制方法，实时感知系统输入和输出功率的变化，并通过反馈调整发射端的功率输出，以达到最佳的能量传输效果。
（四）优化系统安全性：引入多重保护机制，避免因功率过大或其他因素引起的安全问题。
谐振耦合无线电能传输系统研究
谐振耦合无线电能传输系统研究随着科技的不断发展，无线电能传输技术日益成为研究的热点领域。
该技术旨在实现设备间能量的无线传输，无需物理连接，具有高效、便捷、安全等优点。
其中，谐振耦合无线电能传输系统以其高效能量传输和广泛应用前景而受到研究者的。
本文将详细阐述谐振耦合无线电能传输系统的技术原理、系统设计、实验结果、实验分析及结论。
谐振耦合无线电能传输系统主要利用磁共振原理实现能量的无线传输。
该系统由两个谐振电路组成，即电源侧谐振电路和负载侧谐振电路。
电源侧谐振电路通过电磁场向空间传输能量，负载侧谐振电路则通过调整自身阻抗特性与电源侧谐振电路实现能量的接收和利用。
基于上述原理，谐振耦合无线电能传输系统的设计包括以下三个主要模块：无线电能传输模块、控制模块和显示模块。
无线电能传输模块：该模块由电源侧和负载侧两个谐振电路组成。
电源侧谐振电路负责向空间传输能量，负载侧谐振电路则通过调整自身阻抗特性实现能量的接收和转换。
该模块还需包括相应的功率放大器和磁芯元件，以实现能量的有效传输。
控制模块：该模块主要负责系统的稳定运行和保护。
通过实时监测系统运行状态，控制模块可对谐振频率、传输功率等关键参数进行调整，确保系统的稳定性和可靠性。
同时，当系统出现异常时，控制模块还可采取相应的保护措施，以防止系统损坏。
显示模块：为了方便用户了解系统运行状态和传输效能，显示模块负责将相关参数进行可视化。
这些参数包括传输距离、稳定性、能耗等。
通过直观的界面展示，用户可以轻松了解系统的运行情况，为系统的优化和改进提供参考。
为了验证谐振耦合无线电能传输系统的性能，我们进行了一系列实验研究。
实验结果表明，在传输距离为30cm时，系统可以实现高效的能量传输，传输效率达到80%以上。
同时，当负载侧的阻抗特性与电源侧谐振电路匹配时，系统的稳定性最好，且能耗较低。
实验结果展示了谐振耦合无线电能传输系统的优点和潜在的缺陷。
其优点包括较高的传输效率和良好的稳定性。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与验证
•无线电能传输技术•■无辣电能#输技术专辑电器与能效管理技术（2017NO . 2)磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与验证魏峥嵘，李政，李祥，夏俊(华南理工大学电力学院，广东广州510640)摘要：针对磁耦合谐振式无线电能传输过程频率分裂问题，利用互感耦合理论 和等效电路模型对系统建立了模型。
通过分析模型得出负载电压和传输效率与耦合 因数、失谐因子的关系表达式，并对其频率特性进行分析。
为了验证系统在过耦合状 态出现的负载电压频率分裂现象，采用了在保持同轴平行放置的前提下，调节发送侧 线圈和接受侧线圈距离的试验方式。
试验结果与理论分析具有较好的一致性，证明了 理论分析的正确性，也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。
关键词：磁耦合谐振；无线电能传输；频率分裂；失谐因子中图分类号：TM 15 文献标志码：A 文章编号=2095-8188(2017)02-0049-04DOI ： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2017. 02. 009魏睁嵘（1991一）， 男，硕士研究生，研 究方向为永磁类无 刷直流电机驱动与 无线输电。
Analysis and Validation of Magnetic Coupled Inductive WirelessPower Transfer SystemW EI Zhengrong , LI Zheng ， LI Xiang ， XIA Jun(School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640，China)Abstract ： Aiming at the frequency splitting problem during magnetic coupled resonance wireless powertransmission, a system model was built based on the theoiy of mutual inductance coupling and the equivalentcircuit. The expression of the relationship between the load voltage,transmission efficiency and coupling factor,loss of harmonic factor were derived, and the frequency characteristics were analyzed. In order to validate the phenomenon that frequency splitting of the load voltage in the system when system is working on overcoupled condition, the method of regulating distance between the receiving side coil and transferring side coil was used under the condition of keeping the two coils coaxial. Experimental results are well consistent with the theoretical analysis, which shows the validity of the proposed method and its result. Thus, it provides a useful reference for the further research on frequency tracking and its optimization control in wireless power transfer system.Key words ： magnetic coupled resonances; wireless power transfer ； frequency splitting ； loss of harmonic factor〇引言无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT)技术是一种借于空间无形软介质（如电场、 磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电 设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电 子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的 一次革命性进步[w ]。
磁耦合谐振式无线电能传输特性的分析与研究
磁耦合谐振式无线电能传输特性的分析与研究磁耦合谐振式无线电能传输特性的分析与研究随着科技的不断发展，无线电能传输作为一种新型的能量传输方式逐渐引起了人们的兴趣。
在许多应用场景中，传统的有线电力传输不再适用，因此无线电能传输成为了一种重要的研究方向。
在无线电能传输的各种方式中，磁耦合谐振式无线电能传输因其高效性和可靠性而备受关注。
磁耦合谐振式无线电能传输是利用强磁场和双重谐振原理实现的一种无线能量传输方式。
在这种方式中，发射端和接收端分别由共振器和耦合线圈组成，通过电磁场的耦合效应来传输能量。
典型的磁耦合谐振式无线电能传输系统如图1所示。
磁耦合谐振式无线电能传输的特点之一是传输效率高。
通过精心设计的共振器和耦合线圈，系统可以实现高效能量传输。
在传输过程中，发射端将电能转换为磁场能量，而接收端则将磁场能量转换为电能。
由于双重谐振的作用，传输效率可以达到非常高的水平。
研究表明，磁耦合谐振式无线电能传输的传输效率可以高达90%以上，远高于其他无线能量传输方式。
此外，磁耦合谐振式无线电能传输还具有较远传输距离的特点。
由于磁场的传播性质，该传输方式可以实现较远的能量传输。
在一些实验中，已经成功实现了几米甚至十几米的传输距离。
这使得磁耦合谐振式无线电能传输在某些场景下具有重要应用价值，比如在电动汽车的充电过程中，无需使用传统的插电充电方式，可以通过地面埋设的充电线圈将电能无线地传输给车辆。
然而，磁耦合谐振式无线电能传输也存在一些问题和挑战。
首先，传输效率受到距离和位置的影响。
较长的传输距离和不恰当的位置对传输效率有较大的影响，需要通过优化系统设计和调整参数来提高传输效率。
其次，磁场的传输也可能对周围环境产生一定的干扰。
强磁场可能对电子设备和生物体造成不利影响，需要适当的屏蔽措施和安全保护措施。
为了克服这些问题和挑战，研究人员正在进行相关的研究和探索。
一方面，他们在优化共振器和耦合线圈的设计，以提高传输效率和距离。
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1
（ 1. 天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室 天津 所
300387; 2. 河北工业大学电磁场与电器可 100823; 4. 中国科学院电工研究
300130; 3. 中国电工技术学会
针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中角度偏转是否会对接收电能产生影响的问
题，首先利用空间两空心线圈的互感耦合理论和等效电路分析无线电能传输 系统的频率特性，得 到归一化电压的频率响应曲线和电能无线传输的必要条件。然后根据空间任意放置的空心线圈的 耦合系数与方向的关系分析方向改变对耦合因数的影响，提出系统在过耦合、临界耦合和欠耦合 三种状态下的方向特性。最后，设计了实验电路并进行了相关的实验研究，实验结果与理论分析 具有较好的一致性，验证了无线电能传输系统中方向性的问题。本文关于方向性的分析为移动设 备的无线电能传输系统设计和参数优化提供有益的参考。 关键词： 无线电能传输 中图分类号： TM72 磁耦合谐振 耦合因数 方向性
图1 Fig.1
无线电能传输系统发射、接收模型 Transmitter and receiver model of wireless power transfer
目前国内外的学者多利用“耦合模”理论对磁 耦合谐振技术的无线电能传输技术进行分析，并得 到能量高效传输的必要条件 [13]：①发射线圈和接收 线圈的固有谐振频率相同，并具有较高的品质因数； ②
In order to confirm whether the angle deflection will influence the power of receiver
coils in wireless power transfer system, the characteristic of orientation in wireless power transfer system is analyzed by the coupling model of two spatial isolated coils and its equivalent circuit firstly, and then yielded the frequency response curve of normalized voltage in the receiver coils and necessary condition for wireless power transfer. Characteristic of orientation in the case of overcoupling, critical coupling and undercoupling was presented after the effect to coupling factor is analyzed by orientation deflection according to the relationship between the coupling coefficient of two spatial isolated coils and orientation. In the end, experiment circuit is designed and experimental results are well consistent with the theoretical analysis, which shows the correctness of the proposed method and its result. Thus provides an useful reference for the design of wireless power transfer system for mobile d evice and its parameters optimization. Keywords： Wireless power transfer, coupled magnetic resonances, coupled factor, characteristic of orientation 现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无 线电能传输技术（ Wireless Power Transfer, WPT ）也 称 之 为 非 接 触 电 能 传 输 技 术 （ Contactless Power
2
磁耦合谐振式无线电能传输系统
基于磁耦合谐振技术的无线电能传输技术主要
利用的是近场磁耦合共振技术，共振系统由多个具 有相同本征频率的物体构成，能量只在系统中的物 体间传递，与系统之外的物体基本没有能量交换， 在达到共振时，物体振动的幅度达到最大。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输系统一般 由高频发射源、发射系统、接收系统、负载等部分 组成，其中发射系统和电磁接收系统，这是无线电 能传输系统的关键部分，其典型模型如图 1 所示。 由图 1 可知发射系统包括励磁线圈和发射线圈，它 们之间是通过直接耦合关系把能量从励磁线圈传到 发射线圈，励磁线圈所需能量直接从高频电源处获 得。电磁接收系统包括接收线圈和负载线圈，它们 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。
[12-14] [5]
。
磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前 两者之间，因此也被称之为中尺度（ mid-range ）能 量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩 展到几米到几十米） 。除了较大的传输距离，还存在 以下优势 [15,16] ：由于利用了强耦合谐振技术，可以 实现较高的功率（可达到 kW ）和效率；系统采用 磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射 技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受 非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电 能传输技术新的发展方向 [17]。 目前国内外在电磁耦合谐振式无线电能传输方 面的研究都还处于理论研究和初步实验阶段，还有 很多问题亟待解决，比如传输功率、效率和距离的 问题，电能计量问题，电磁兼容问题，生物安全问 题等 [18] 。在无线电能传输方向性方面的研究仅文献 [5] 中曾经提到：基于磁耦合谐振技术的无线电能传
2014 年 2 月 第 29 卷第 2 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.29 Feb.
No. 2 2014
磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证
李阳
靠性省部共建重点实验室 摘要
1,2
,杨庆新
1,2
,闫卓 3,张超 4,陈海燕 2,张献
[2-4]
输几乎可以做到“无方向性” 。但是关于方向性的问 题文中并未给出解释、推理以及实验方面的具体数 据。国内外关于系统地分析基于磁耦合谐振技术的 无线电能传输“方向性”的问题的研究工作几乎没 有。因此本文在文献 [18] 研究工作基础上，首先利 用无线电能传输系统频率特性，分析得到系统工作 的三个区域：过耦合、临界耦合、欠耦合，然后结 合方向对互感系数的影响进一步分析不同区域的方 向性问题，最后通过实验系统的具体实验验证了上 述理论分析的正确性和合理性。本文不但丰富了基 于磁耦合谐振技术的无线电能传输技术的理论内 涵，还为移动物体无线电能传输系统的实际应用提 供了有益的参考。
Simplified circuit of wireless power transfer
由图 3 可以得到方程
1
引言
与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实
国家自然科学基金（ 50977062、 51207106 、 51207150 ）和天津市高等学校科技发展基金计划（ 20110411）资助项目。 收稿日期 2012-12-03 改稿日期 2013-07-26
第 29 卷第 2 期
李
阳等
磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证
198
Transmission, CPT ） ， 是一 种 借 于空 间 无形 软 介质 （如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传 递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、 电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多 学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接 入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供 电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方 法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十 大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、 油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、 无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID 识别 等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发 展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科 协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输 技术被列为“ 10 项引领未来的科学技术”之一 [1]。 多年来国内外的科学家执著地开展了很多探索 研究工作，但进展缓慢
1 2
＞＞ 1。
第 29 卷第 2 期
李
阳等
磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证 图3 Fig.3 无线电能传输系统简化电路
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虽然“耦合模”理论对无线电能传输技术基本 原理进行了解释，但是在涉及具体电路及其参数的 设计问题上“耦合模”理论也有一定的局限性，因 此本文利用互感理论来进一步分析问题，尤其是利 用该方法在参数设计方面进行探索。 基于磁耦合谐振技术的无线电能传输系统的等 效电路模型如图 2 所示，励磁线圈由激励源（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，发射和接收线圈均由具有相同谐振频率 的多匝线圈组成。在系统设计时为了降低设计的复 杂性，将发射和接收线圈设计成相同的尺寸和机械 结构，因此，两线圈的等效参数可认为是一致的。
。直到 2007 年美国麻省
理工学院（ MIT ）的 Marin Soljacic 课题组提出了 磁耦合谐振式的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 大致可以分为三类 [6-11]：感应耦合式、微波辐射式、 磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁 耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两 个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能 量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱