基于磁耦合共振的线圈特性影响分析.pdf

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1、《电气自动化)2013年第35卷第2期j十算机技术及其应甩ComputerTechnology＆Application基于磁耦I=1*振的线圈特性影响分析李超，易柏年，徐凌峰(1．武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430072；2．武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430072)摘要：针对磁耦合共振式无线能量传输技术的特点，通过建立规范化得数学计算模型，研究线圈关键参数的相互影响以及各自对系统能量传输距离，效率和功率的影响。并通过三维电磁仿真软件(HFSS)为线圈主要参数如对线圈自感以及互感的性能影响作了仿真分析。提出了一套共振线圈参数设计与

2、调谐方法，对磁耦合共振技术研究的理论指导和参数选取有较好的指导意义。关键词：磁耦合；无线能量传输；HFSS；线圈参数；传输性能DOI：10．3969／j·issn．1000-3886．2013．02．009[中图分类号]TP21[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2013)02—0026—03AnalysisofCoilCharacteriSticsAffectBasedonMagneticCouplingResonantUChao，YIBo-nian，XULin．feng(1．TheSchoolAutomation，Wuhan

3、Univemi~Q厂Technology，WuhanHubei430072，China2．eSchoolQ厂MechanicalandElectronicEngineering，WuhanUnivemityTechnology，WuhanHubei430072，China)Abstract：Basedonthecharacteristicsofmagneticallycoupledresonantwirelessenergytransmissiontechnology，throughtheestablishmentofstandardmat

4、hematicalmodelIthemutualinfluenceofkeyparametersofthecoilandtherespectiveinfluenceonsystemenergytransmissiondistance，theeficiencyandpowerareresearched．Byusingthe3Delectromagneticsimulationsoftware(HFSS)，theimpactofkeyparametersofthecoilsuchasself-inductanceandmutualinducta

5、nceissimulated．Amethodofresonantcoilparametersdesigningandtuningisputforward，whichhavegoodguidancesignificancefortechnologyresearchandparametersselection．Keywords：magneticcoupling；wirelessenergytransfer；HFSS；coilparameters；transmissionperformance0引言40年代研究微波电子管时首先提出耦合模概念，随后

6、S．E．米勒和S．A．谢昆诺夫发展了这一概念，并初步建立了波导模式耦合无线能量传输是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一的基本理论。种技术。随着科技的发展和生活水平的提高，手机、笔记本电脑两线圈传输模型如图1所示。等小型移动设备的发展和传统有线能量供应问题的突出，给人们的生活造成了诸多不便。无线能量传输技术成了研究热点-3]。MIT运用耦合模理论，分析了近区渐消场内磁耦合共振子之间的能量传输]，图1中发射线圈S和接受线圈R之间的磁场近共振和磁耦合是该技术实现能量传输的两个必要条件。共似：振可以通过设置谐振电路的谐振频率来实现，磁耦合则与发射

7、、接收电路的位置有关。一般来说，两个有一定距离的电磁系统，F(r，t)a(t)F1(r)+a2(t)(r)(1)相互之间是弱耦合。但若两个系统的固有共振频率相同，则会产其中F(r)、(r)分别为独立线圈s、R的本征模函数，a。(t)、生强磁共振。如果一方不断为系统提供能量，而另一方消耗能a(t)分别为F(r)、(r)的振幅，并且：dn．量，则实现了能量的传输。在本质上，这个过程与量子隧道效应—=一i(l—iF1)Ⅱl+o2相同，只是电磁波替代了量子力学中的波函数，可以通过耦合模da2型理论建立耦合模模型解释隧道效应。—_—：=一一￡(L2，

8、一i1F12)a2+ik。0l(L2z)1模型分析发射线圈接收线圈、tO为s、R各自的本征角频率，，。、厂2分别为s、R固有的1．1耦合模模型损失率(吸收、辐射等)，k为耦合系数