【摘 要】
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近年来,磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetic-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术凭借传输距离适中、传输效率高、输出功率大、电磁辐射小等优点受到广泛关注。针对传统同轴式MCR-WPT系统线圈占用空间较大、不易摆放的问题,提出了一种易于安放在家居环境的共面式MCR-WPT系统,该系统可逐段扩展,适用于长距离下给多个负载供电的应用
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近年来,磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetic-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术凭借传输距离适中、传输效率高、输出功率大、电磁辐射小等优点受到广泛关注。针对传统同轴式MCR-WPT系统线圈占用空间较大、不易摆放的问题,提出了一种易于安放在家居环境的共面式MCR-WPT系统,该系统可逐段扩展,适用于长距离下给多个负载供电的应用场景。为了解决共面式系统耦合系数低、传输效率低等问题,在两个相邻线圈之间均匀摆放铁氧体块,显著增强了相邻线圈之间的耦合以及线圈中心工作区域的磁场,提高了系统的传输效率。而针对铁氧体导致线圈周围磁场泄露增强的问题,提出加入铝板来屏蔽系统边缘泄露磁场的方法。本文主要对在相邻线圈间加入双层铁氧体并在铁氧体上覆盖铝板的复合结构的共面式MCR-WPT系统进行研究。研究内容包括:（1）通过SS型传输结构为例介绍了MCR-WPT系统的基本电路参数和理论分析方法,并选用电路理论作为系统主要分析方法。（2）使用Maxwell 3D软件对同轴式和共面式系统进行仿真,可知共面式系统的耦合系数较低,为了提高耦合系数可在相邻线圈结合处上下两面放置铁氧体。接着分别对铁氧体的规格进行参数扫描,得出不同规格的铁氧体对耦合系数的影响。分析对比了有铁氧体结构与无铁氧体结构下对磁场分布的影响。（3）提出了具有铁氧体+铝板的复合屏蔽结构的共面式MCR-WPT系统,并使用Maxwell 3D软件对铝板的规格参数进行参数扫描,分析了不同规格的铝板对系统的性能影响以及系统泄露的磁场屏蔽效果。在此基础上分析了三线圈S-S-S型MCR-WPT系统中的电压-负载无关特性。（4）搭建两线圈和三线圈系统实验平台,将实验结果和理论分析进行对比,成功验证添加铁氧体能显著增强线圈的耦合系数,提高传输效率,复合屏蔽结构相比铁氧体结构效率虽然有所下降,但依然维持在一个较高的水准,同时验证了铝板有着良好的磁场屏蔽效果。最后验证了动态负载范围内三线圈系统下的电压-负载无关特性。
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