基于单片机控制无线充电系统的研究与设计毕业论文

基于单片机控制无线充电系统的研究与设计毕业论文
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第一章引言............................................................ - 1 -
1.1 研究背景......................................................... - 1 -
1.2 研究前景与意义................................................... - 1 -
1.3 无线充电技术分类及国外现状....................................... - 3 -
1.3.1 无线充电技术的分类.......................................... - 3 -
1.3.2 无线充电技术的历史及现状.................................... - 7 -
1.4 本文主要研究容................................................... - 9 -第二章无线电力传输原理................................................. - 10 -
2.1 电磁感应原理.................................................... - 10 -
2.2 基于近场磁感应无线电力传输原理.................................. - 10 -
2.3 基于电磁耦合共振的无线电力传输原理.............................. - 13 -第三章影响无线电力传输效率的因素分析................................... - 16 -
3.1 近场磁感应无线电力传输系统模型.................................. - 16 -
3.2 距离与线圈半径对效率的影响...................................... - 17 -
3.2.1 距离与效率关系............................................. - 18 -
3.2.2 线圈半径与效率关系......................................... - 19 -
3.3 补偿方式对效率的影响............................................ - 19 -
3.4 谐振对效率的影响................................................. - 23 -
3.4.1 补偿电容容值对效率的影响................................... - 23 -
3.4.2 发射频率对效率的影响....................................... - 25 -第四章无线充电器硬件设计............................................... - 26 -
4.1 需求与技术难点分析.............................................. - 26 -
4.2 系统框架........................................................ - 26 -
4.3 硬件设计........................................................ - 27 -
4.3.1 硬件参数配置............................................... - 28 -
4.3.2 发射逆变电路设计........................................... - 29 -
4.3.3 补偿电容设计............................................... - 33 -
4.3.4 线圈尺寸及线圈间距离设计................................... - 34 -
4.3.5 接收整流滤波电路设计....................................... - 35 -
4.3.6 锂电池充电电路设计......................................... - 37 -
4.3.7 接收部分单片机及电压检测电路设计........................... - 39 -
4.3.8 红外发射电路设计........................................... - 40 -
4.3.9 发射线圈部分单片机、红外解码电路以及继电器电路设计......... - 41 -
4.3.10 整体原理图设计............................................ - 43 -
4.4 原理图及设计.................................................... - 43 -第五章无线充电器软件设计............................................... - 46 -
5.1 红外数据传输解码原理............................................ - 46 -
5.2 发射线圈部分软件设计............................................ - 47 -
5.3 接收线圈部分软件设计............................................ - 51 -
5.3.1 AD程序设计................................................. - 52 -
5.3.2 红外发送程序设计........................................... - 53 -
5.3.3 系统的整体软件设计......................................... - 57 -第六章系统调试......................................................... - 58 -第七章总结与展望....................................................... - 60 -参考文献.............................................................. - 61 -致谢................................................................ - 62 -附录................................................................ - 63 -
1 发射线圈原理图.................................................... - 63 -
2 接收线圈原理图.................................................... - 6
3 -
3 发射部分程序...................................................... - 6
4 -
3.1 Main.c文件................................................... - 64 -
3.2红外收发.c文件............................................... - 68 -
3.3 head.h文件................................................... - 71 -
4 接收部分程序...................................................... - 73 -
4.1 main.c文件................................................... - 73 -
4.2 红外发射.c文件............................................... - 77 -
4.3 head.h头文件................................................. - 82 -
第一章引言
1.1 研究背景
给自己的手机无线充电对绝大部分人来说还是一个非常新奇的东西，但是不可否认的是这项技术正悄然向我们靠近。

其实无线充电技术不能算作一个新技术，它是基于无线电力传输技术而衍生的一项应用。

而无线电力传输可以追溯到人类刚刚拥有电力的19世纪。

人们对电能的传输有两种思路，一个是架设电缆对电能进行远距离传输；另一个就是尼古拉·特斯拉在十九世纪末提出的无线传输方式。

特斯拉当时构想通过电磁感应的方式，让电能以大地和天空电离层为介质进行低损耗的传送，并且认真做了实验，但是因为经济原因不得不终止了。

后来相当一段时间人们都没有广泛的去研究无线电力传输。

一直到百年后的今天，这种局面才被改变。

在电动牙刷，电动剃须刀等产品里我们看到了无线电力传输的应用，直到2007年马林·索尔贾希克用其称之为“WiTricity”的技术通过一个直径60cm的线圈将挂在距离1.83米的线圈上的60W灯泡点亮，极大的点燃了人们对无线电力传输技术的热情，点亮了人们对“无线”未来生活的无限憧憬，科学界也不遗余力地朝着这个方向努力。

1.2 研究前景与意义
无线充电技术的研究应用涉及领域广泛，传输功率相差较大，小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦功率，大到电动汽车或运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。

1.小型电气设备充电器
无线供电适于一些小电器，例如电动剃须刀、电动牙刷。

这些器具经常会在潮湿的环境下使用，电气连接的存在可能会导致事故。

无线的电能传递使充电过程中没有裸露导体，从
而将大大提高电器的可靠性和安全性。

近来随着移动的普遍使用，这一技术正被研究用于手机电池的非接触充电。

此类设备非接触充电的方案为：初级线圈和高频电源放置在充电器中，充电器可以与普通的电压线相连，次级绕组、整流器和电池置于设备中，充电器和电气设备都由塑料盒子封装。

当把设备放进充电器时，初、次级线圈相对正，充电过程开始。

这类非接触充电应用的共同点是：
（1）体积小、重量轻、可靠性高；
（2）可以控制电池充电，保证充电非常、安全。

当然，能从无线充电技术中受益的远不止消费和通信电子。

举例来说，新兴的无线传感器网络就会成为了一个极大的受益者。

无线传感器网络可以多角度、实时、无人值守的监控被测对象，但给众多的传感器节点补充电能一直是一个非常棘手的问题。

很多的节点可能已经嵌入到建筑中，取出充电几乎成了不可能的事情。

可如果使用无线充电技术的话，这个问题就会迎刃而解。

只要将能量发送模块放置在无线传感器网络的覆盖围，充电就会自动完成。

不过，无线充电技术也会促使电子产品发生变化，传统的电源管理部分将会产生一定的变化，面对电子产品的功耗要求也愈发严格，因为通过无线传输的能量毕竟还是受限的。

2.生物医学上的应用
随着科技的发展和进步，科学家逐渐研制出各种电子设备来弥补人身体的缺陷，例如：人造器官，肾脏，肝脏，心脏；对下肢麻痹的人进行肌肉刺激，刺激神经系统来控制帕金森症，助听器，心脏起搏器等等。

所有这些系统的共同点，就是需要由置于体外的电池组给移植在体的设备进行供电。

完成这一供电可以有两种方式：穿透皮肤(导线穿过皮肤连接电源和负载)和穿过皮肤(利用变压器作为无接触电能传输环节，皮肤没有损伤)。

这种无接触式电能传输大大改善了做移植手术病人的生活质量，因为这种方式更为舒适，而且没有污染的危险。

这些系统通过在病人皮肤下植入电路，由戴在病人腰间的感应耦合装置透过皮肤向体进行能
量传递，开辟了新型的伤损性较小的医疗天地。

非接触电能传输系统在生物医学上应用的主要特点是可靠性要求高。

因为一半的电源通过外科手术植入人体，如果出现问题，很难改变。

另一方面，移植本身必须始终正常工作，当初、次级之间的耦合发生变化时，变换器必须能提供足够的电压。

除了在小功率充电方面的应用，无线充电技术在大功率方面的应用也日渐出现。

功率开关器件和商性能磁性材料的诞生使得外关速度、大小及功率变换器的效率得到显著的改进，也使得非接触电能传输的功率远远超过了那些小型的像电动牙刷充电器类应用所需的传输功率。

目前，一些应用研究已在积极进行中。

非接触充电传递方式的显著优点是：
(1) 没有裸露导体，其能量传递能力不受环境因素如尘土、污物、水等的影响。

比起电气连接来，更为可靠、耐用，不发生火花，不存在机械磨损和摩擦。

(2) 采用高频技术，可大大降低系统的体重和体积，提高了功率密度和传输效率。

无线充电只需用一个发送端，就可以给多个用户终端同时充电；可以制定统一的无线充电标准，这样就可以为所有符合这一标准制造的可充电电池用同一充电装置充电；充电器的接收端可以置到手机、笔记本电脑等移动通信工具部，这些移动通信工具就可以在无线通信系统覆盖的可充电围自由自在随时在需要的时候充电。

这项技术还具有其他一系列好处，包括更好的便携性、更低的成本、通用性。

1.3 无线充电技术分类及国外现状
1.3.1 无线充电技术的分类
无线充电技术可以分为四种类型，第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输，它的特点是传输距离短、使用位置相对固定，但是能量效率较高、技术简单，很适合作为无线充电技术使用。

第二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁共振”等形式传输，
它具有较高的效率和非常好的灵活性，是目前业的开发重点。

第三类是“电场耦合”方式，它具有体积小、发热低和高效率的优势，缺点在于开发和支持者较少，不利于普及。

第四类则是将电能以微波的形式无线传送——发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用，虽然这种方式能效很低，但使用最为方便，英特尔是这项方案的支持者。

1.电磁感应方式
我们今天见到的各类无线充电技术，大多是采用电磁感应技术，我们可以将这项技术看作是分离式的变压器。

我们知道，现在广泛应用的变压器由一个磁芯和二个线圈（初级线圈、次级线圈）组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。

如果将发射端的线圈和接收端的线圈放在两个分离的设备中，当电能输入到发射端线圈时，就会产生一个磁场，磁场感应到接收端的线圈、就产生了电流，这样我们就构建了一套无线电能传输系统。

这套系统的主要缺陷在于，磁场随着距离的增加快速减弱，一般只能在数毫米至10厘米的围工作，加上能量是朝着四面八方发散式的，因此感应电流远远小于输入电流，能源效率并不高。

但对于近距离接触的物体这就不存在问题了。

最早利用这一原理的无线充电产品是电动牙刷——电动牙刷由于经常接触到水，所以采用无接点充电方式，可使得充电接触点不暴露在外，增强了产品的防水性，也可以整体水洗。

在充电插座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，利用电磁感应的原理来传送电力，感应电压经过整流后就可对牙刷部的充电电池充电。

这种工作方式用在智能手机中完全可行，苹果公司、摩托罗拉公司、LG、松下和NTT DoCoMo 都在开发各自的无线充电器。

理论上说，只要在充电座和手机中分别安装发射和接收电能的线圈，就能实现像电动牙刷一样的无节点充电。

由此，手机的充电方式可以变得更加灵活，
接口也有望得到统一，提高用户使用的方便性。

2.电磁耦合共振方式
与电磁感应方式相比，磁共振技术在距离上就有了一定的宽容度，它可以支持数厘米至数米的无线充电，使用上更加灵活。

除了距离较远外，磁共振方式还可以同时对多个设备进行充电，并且对设备的位置并没有严格的限制，使用灵活度在各项技术中居于榜首。

在传输效率方面，磁共振方式可以达到40%～60%，虽然相对较低但也进入商用化没有任何问题。

富士通公司在2010年对磁共振系统进行展示，在演示中它成功地在15厘米距离点亮两个灯泡，具备良好的实用价值。

除了富士通外，长野日本无线、索尼、高通、WiTricity 都采取这项技术来开发自己的无线充电方案，其中WiTricity 的应用领域是为电动汽车无线充电。

3.电场耦合方式
日本村田制作所开发的“电场耦合”无线供电系统则属于少数派，隶属于这一体系的还包括日本的竹中工务店。

电场耦合方式与“电磁感应”及“磁共振”方式都不同，它的传输媒介不是磁场而是电场。

这套系统包括一个送电侧和受电侧，前者包括两组电极、一个振荡器、一个放大器和一套升压电路：Passive电极主要起接地作用，Active 电极则用于产生电场。

而振荡器的作用则是将输入的直流电转变为交流电，放大器和升压电路则负责提升电压。

例如接入为5V的适配器，经过振荡器、放大器和升压电路后就会产生一个1.5KV的高压电，驱使 Active电极产生一个高压电场。

而受电侧也与此对应，接收电极感应到高压电场，再经过降压电路及整流电路后、就产生了设备能实际使用的直流电压。

目前，村田制作所已获得这种构造的技术专利。

相对于传统的电磁感应式，电场耦合方式有三大优点：充电时设备的位置具备一定的自由度；电极可以做得很薄、更易于嵌入；电极的温度不会显著上升，对嵌入也相当有利。

首先在位置方面，虽然它的距离无法像磁共振那样能达到数米的长度，但在水平方向上也同样
自由，用户将终端随意放在充电台上就能够正常充电。

我们可以看到电场耦合与电磁感应的对比结果，电极或线圈间的错位用dz/D（中心点距离/ 直径）参数来表示，当该参数为0时，表示两者完全重合，此时能效处于最高状态。

当该参数为1时，表示两者完全不重合。

我们可以看到，此时电场耦合方式只是降低了 20%的能量输入，设备依然是可以正常充电，而电磁感应式稍有错误、能量效率就快速下降，错位超过0.5时就完全无法正常工作，因此，电磁感应式总是需要非常精确的位置匹配。

电场耦合方式的第二个特点是电极可以做到非常薄，比如它可以使用厚度仅有5 微米的铜箔或者铝箔，此外对材料的形状、材料也都不要求，透明电极、薄膜电极都可以使用，除了四方形外，也可以做成其他任何非常规的形状。

这些特性决定了电场耦合技术可以被很容易地整合到薄型要求高的智能手机产品中，这也是该技术相对于其他方案最显著的优点。

显而易见，若采用电场耦合技术，智能手机厂商在设计产品时就有很宽松的自由度，不会在充电模块设计上遭受制肘。

第三个优点就是电极部分的温度并不会上升——困扰无线充电技术的一个难题就是充电时温度较高，会导致接近电极或线圈的电池组受热劣化，进而影响电池的寿命。

电场耦合方式则不存在这种困扰，电极部分的温度并不会上升，因此在部设计方面不必太刻意。

电极部分不发热主要得益于提高电压，如在充电时将电压提升到1.5kv左右，此时流过电极的电流强度只有区区数毫安，电极的发热量就可以控制得很理想。

不过美中不足的是，送电模块和受电模块的电源电路仍然会产生一定的热量，一般会导致部温度提升10～20℃左右，但电路系统可以被配置在较远的位置上，以避免对部电池产生影响。

村田制作所目前已经成功地开发出5瓦和10瓦充电的产品，并致力于实现小型化，制作所计划从今年开始向市场投放小型产品，未来则朝着50瓦、100瓦等大功率产品的方向前进。

4.微波谐振方式
英特尔公司是微波谐振方式的拥护者，这项技术采用微波作为能量的传递信号，接收方接受到能量波以后，再经过共振电路和整流电路将其还原为设备可用的直流电。

这种方式就相当于我们常用的WiFi无线网络，发收双方都各自拥有一个专门的天线，所不同的是，这一次传递的不是信号而是电能量。

微波的频率在 300MHz～300GHz 之间，波长则在毫米-分米- 米级别，微波传输能量的能力非常强大，我们家庭中的微波炉即是用到它的热效应，而英特尔的微波无线充电技术，则是将微波能量转换回电信号。

微波谐振方式的缺点相当明显，就是能量是四面八方发散的，导致其能量利用效率低得出奇，如英特尔的这套方案，供应电力低至1瓦以下，乍一看起来实用性相当有限。

而它的优点，则是位置高度灵活，只要将设备放在充电设备附近即可，对位置的要求很低，是最符合自然的一种充电方式。

我们可以看到，当设备收发双方完全重合时，电磁感应和微波谐振方式的能量效率都达到峰值，但电磁感应明显优胜。

不过随着X-Y 方向发生位移，电磁感应方式出现快速的衰减，而微波谐振则要平缓得多，即便位移较大也具有相当的可用性。

1.3.2 无线充电技术的历史及现状
19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）在无线电技术何其他电气方面作出了杰出的贡献。

1881他年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机；1888年他发明多相交流传输及配电系统；1889—1890年制成赫兹振荡器；1891年他发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备。

他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机，但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展。

1901—1905年在纽约附近的长岛建造Wardenclyffe塔，是一座复杂的电磁振荡器，设想它将能够把电力输送到世界上任何一个角落，特斯拉利用此塔实现地球与电离层共振。

2001年5月，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。

其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率向接近1km 的格朗巴桑村进行点对点无线供电。

2005年，香港城市大学电子工程学系教授许树源成功研制出“无线电池充电平台”，但其使用时仍然要将产品与充电器接触。

2006年10月，日本展出了无线电力传输系统。

此系统输出端电力为7V、400mA，收发线圈间距为4mm时，输电效率最大为50%，用于手机快速充电。

2007年6月，美国麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克研究团队实现了在短距离的无线电力传输。

他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.83米）之外连接在另一个线圈上的60瓦的灯泡被点亮了。

这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”。

2008年9月，北美电力研讨会发布的论文显示，他们已经在美国华达州的雷电实验室成功地将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。

以上的一些应研究似乎与我们生活无多少关系，那么我们最能深切感受到的就是有机无线充电器。

Palm在09年针对手机推出的点金石充电系统就属于无线充电技术的一种，用户只需要将手机放在点金石上，充电就会自动开始，无需连接任何线路。

而诺基亚Lumia 920、LG Nexus 4、HTC Droid DNA等这些新一代智能手机也都支持无线充电这一神奇的功能:使用者只需将手机的背盖放置在无线充电底座上，即可进行充电。

当然，无线充电技术并不仅仅是智能手机领域，如笔记本电脑方面也将是它的舞台。

戴尔是最早推出支持无线充电产品的厂商，它早在2009年就推出了配备了无线充电功能模块的Latitude Z600，成为全球首款支持无线充电的笔记本电脑：通过无线坞站的扩充，可以为这款机器提供60W功率的供电，5小时左右即可将这款产品的电池充满。

1.4 本文主要研究容
无线充电效率不高，其主要原因是无线电力传输过程中能量散失过多，本文主要研究影响无线电力传输效率的几点因素一一谐振补偿方式、线圈距离、线圈尺寸，并且探讨如何最大可能提高无线电力传输的效率。

同时本文中还设计了一款无线充电装置，用来给装在一个智能小车上的两节串联的锂电池进行无线充电。

本文第一章简单介绍了无线电力传输技术的研究现状和现实应用。

第二章介绍了无线充电中的关键技术无线电力传输的原理。

第三章用实验验证了谐振补偿方式、线圈距离、线圈尺寸、补偿电容值、频率几个因素对无线电力传输效率的影响，为设计无线充电器的无线电力传输部分提供了标准。

第四章设计了一款给两节串联锂电池充电的智能无线充电器。

第二章 无线电力传输原理
2.1 电磁感应原理
1831年8月29日法拉第首次发现，处在随时间变化的电流附近的闭合回路中有感应电流产生。

若将一根磁铁插入一个闭合线圈，或者从线圈中抽出，或者磁铁不动，线圈靠近或者远离磁铁时，线圈中会产生电流。

此外，法拉第还做了一些诸如闭合线圈在磁场中转动，闭合回路中某一段导线在磁场运动等一系列的实验，也都发现回路中有电流。

在电磁学中我们都知道当穿过一个闭合导体回路所围面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由于什么原因引起的，回路中就有电流。

这种现象叫做电磁感应现象。

电磁感应现象就是无线电力传输的理论基础。

电磁感应定律可表述为：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势正比于磁通量对时间变化率额负值，即：
dt
d -i φε= （2-1） 在国际单位制中，εi 的单位为伏特，Φ的单位为韦伯，t 的单位为秒。

应当指出，式（2-1）中的Φ是穿过回路所围面积的磁通量。

如果回路是由N 匝密绕线圈组成的，而穿过每匝线圈的磁通量都等于Φ，那么通过N 匝密绕线圈的磁通匝数则为Ψ=NΦ, Ψ也叫做磁链。

对此，电磁感应定律就可写成[1]：
dt
d -i ψε= （2-2） 2.2 基于近场磁感应无线电力传输原理
根据电磁感应定律，发现交变电流能够产生交变磁场，磁场是能够在空气中穿过，交变的磁场又能感应出电流，那么就可以利用这一点来进行非接触式供电，也就是无线电力传
输。

本节从理论上分析平面线圈的电磁场分布情况。

以为无线充电系统的设计提供理论依据。

基于电磁场基本原理和磁场的叠加性，分析平面线圈电磁场的分布情况。

根据毕奥一萨伐尔定律，稳恒电流通过导线时在导线外一点P 处产生的磁感应强度为： 30r r l d 4→
→→⨯⎰=I B πμ （2-3） 首先计算单个载流圆线圈轴线上的磁场。

设圆线圈的中心为0，半径为R ，载有电流I 。

如图2.1所示。

图2.1 单个线圈磁场分布
在圆线圈上任取一电流元→l d I ，设电流元到P 点的矢径为→r ，由于→r 与→
l d I 垂直，由毕奥一萨伐尔定律知，电流元→l d I 在P 点产生的磁感应强度为：
204d r Idl B πμ=
（2-4） 其中，→B d 在→r 与轴线所在的平面，并垂直于→
r 。

显然，线圈上各电流元在P 点所产生的磁感应强度方向是各不相同的，因此，必须把→
B d 分成垂直于轴线的分矢量⊥dB 上和平行于轴线的分矢量||dB 。

由于对称关系，⊥dB 互相抵消，而||dB 互相加强，所以： r R r Idl dB dB 20||4sin πμθ=
= (2-5) 23
222
03203030||)(224244x R R I r I R R r IR dl r IR dB B +=====⎰⎰μππμππμπμ (2-6)
令x/R =ξ，那么 23
20)1(2B -+=ξμR I (2-7) 函数2
3-2）1（）（f ξξ+=有两个拐点，它们位于1/2±=ξ处，即线圈轴线上的磁感应强度在线圈平面，两边距线圈中心R/2处。

将另一个结构完全相同的线圈平行共轴放置，通以相同的同方向电流，那么两个线圈产生的磁场在轴线上将叠加。

随着两线圈的距离不同，合成磁场在轴线的分布将不同。

然而，无论线圈距离为何，对于两线圈中心点0来说，磁场呈对称分布，故有B(x)=B(-x)，将B(x)围绕x=0作泰勒级数展开：
.....）x （！3x ）x （！2x ）x （x ）0（）x （0x 3
330x 2220x ===∂∂+∂∂+∂∂+=B B B B B （2-8） 由于B(x)=B(-x)，即B 是x 的偶函数；故奇次项系数0x ）x （=∂∂B ，0
x 33）x （=∂∂B ……都为零。

若选择线圈的距离为R ，中心点0处恰为两个线圈磁场在轴线上的拐点重合处，则有0x 22）x （=∂∂B ，那么B(x)=B(0)=O(x 4)。

O(x 4)代表x 的四次方以及更高次幂的小量，所以，B(x)将
沿中心轴线在相当大的围均匀。

当两个线圈的间距等于它们的半径时，中心点O 附近沿轴向分布的磁场最均匀，这样放置的两线圈就称为亥姆霍兹线圈。

平面线圈按周长近似相等原则可简化为同心圆结构，简化后的线圈由n 个单匝空心圆柱线圈组成，平面线圈的磁场可看成是n 个单匝空心圆柱线圈产生磁场的叠加，周围空间磁场只具有径向和轴向分量，整个磁场具有对称性。

平面线圈的磁场对称分布这一特性，对于电磁能量耦合产生了两种有效结果。

由于磁场集中分布于两个平面线圈形成的柱形空间体部，一方面能量集中分布，即实现近场能量耦合，漏磁小，根据能量守恒定律，磁能转化为电能，损失小，从而提高电磁转换效率；另一方面降低电磁噪声，减少了电磁辐射。