【摘 要】
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无线电能传输技术是现代研究热点之一。其中,磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）传输距离较远,抗干扰能力较强。但当收发线圈的对位发生偏离时,其输出功率和传输效率仍会有较大降低,严重影响系统性能。而改变发射线圈结构是实现抗偏移特性的重要方法之一。本文针对上述问题,做了深入探究,具体工作如下:首先,本文分析了目前主流的传统谐振系统和全向发射耦合系统,指出了其中的不足,并提出改进线圈结构的设计思路。
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无线电能传输技术是现代研究热点之一。其中,磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）传输距离较远,抗干扰能力较强。但当收发线圈的对位发生偏离时,其输出功率和传输效率仍会有较大降低,严重影响系统性能。而改变发射线圈结构是实现抗偏移特性的重要方法之一。本文针对上述问题,做了深入探究,具体工作如下:首先,本文分析了目前主流的传统谐振系统和全向发射耦合系统,指出了其中的不足,并提出改进线圈结构的设计思路。即对传统平面发射线圈加以改进,构建了张合角度可调的折形发射线圈和蝶形双D发射线圈模型。其次,本文使用ANSYS HFSS和Designer两个仿真软件进行联合仿真,优化折形线圈和蝶形双D线圈的几何参数。具体过程如下,在仿真中分别搭建折形线圈和蝶形双D线圈的WPT系统,仿真得到系统的S21值,其与系统传输效率成正比。在仿真中调整线圈几何参数,使得效率最高（S21最大）,从而得到最优的发射线圈的参数。而后,在仿真中将接收线圈沿X、Y、Z轴三个方向移动,通过每个位置点的S21值推算传输效率大小,考察WPT系统的接收位置无关性。再次,搭建了SS型电路拓扑,对其内部的松耦合线圈进行了T型等效和理论求解,并用射频仿真软件ADS对整个电路系统进行了仿真,为搭建实物系统做准备。后用Altium Designer软件设计了发射端和接收端所需的PCB电路,并利用利兹线手工制作了平面线圈,折形线圈,蝶形双D线圈和接收线圈,构造了三套无线电能传输系统实物,然后进行接收线圈位移变化实验,对理论分析和仿真结果进行验证。经仿真和实验验证,蝶形双D线圈的抗偏移特性最佳,一定程度上实现了位置无关性。且在蝶形双D发射线圈和接收线圈同轴距离10cm处,系统电能传输效率为48.7%,实验与仿真结果基本保持一致。
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