【摘 要】
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在多种无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术中,磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetic Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术因其传输距离适中、效率高、辐射小、线圈相对位置容忍度高等诸多优点而广受研究人员的青睐。针对目前研究较多的共轴式系统体积过大的问题,提出了一种共面式MCR-WPT系统,线圈
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:局域覆盖的磁耦合谐振式无线电能传输网络的关键问题研究； 江西省自然科学基金项目:多谐振器无线电能传输系统中的交叉耦合抑制方法研究；
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在多种无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术中,磁耦合谐振式无线电能传输（Magnetic Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCR-WPT）技术因其传输距离适中、效率高、辐射小、线圈相对位置容忍度高等诸多优点而广受研究人员的青睐。针对目前研究较多的共轴式系统体积过大的问题,提出了一种共面式MCR-WPT系统,线圈共面更容易被安装到桌面、地板、墙面等物体中。但共面线圈之间的耦合非常弱,导致系统能量传输效率很低,驱动负载动态范围非常小。通过在相邻共面线圈衔接处加入低剖面、高磁导率、低损耗的铁氧体块,显著增强了相邻线圈的耦合,同时对非相邻线圈的交叉耦合无明显影响,从而显著提高了系统的能量传输效率。本文主要对共面式的多输出电流负载无关MCR-WPT系统进行研究。研究内容如下:（1）以串联-串联型基本结构为例,介绍了无线电能传输系统的重要参数。阐述了无线电能传输系统的理论分析方法和设计准则。（2）通过对比共轴式和共面式结构耦合强弱的差异,找到共面式结构耦合弱的原因。使用Maxwell 3D对不同数目和长度的单层和双层铁氧体结构下的平面式MCR-WPT系统的耦合系数进行参数扫描。接着使用Mathematica分析不同的耦合系数和品质因数对系统输电能力的影响,从而确定铁氧体块的最佳数目和长度。（3）基于电路理论和滤波器理论,分别通过直接求解和等效电路变换证明系统负载无关电流输出特性。然而,在实际应用中线圈和电容等器件的损耗电阻不可避免。为保证系统较好恒流输出特性,给出了估算负载动态范围的数学表达式,并使用ADS进行频域电路仿真验证。（4）搭建二负载和三负载的实验平台。通过实验结果的分析,证明了应用于共面式MCR-WPT系统中的铁氧体结构能够增强相邻线圈之间的耦合,提高系统的传输效率。并证明在估算的动态负载范围内系统有较好的负载无关恒流输出特性。
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