Orcad磁共振耦合无线电能传输系统综合传输性能优化(2)
对于磁共振耦合技术的优化是本文的研究目标。它一种以电磁场为媒介，使用多个具有 技术。传输距离为m级，优点为效率高，中等距离传输，缺点为起步较晚，传输功率和效率仍不高，适用于电动汽车、消费电子产品、医疗电子产品[1]。
1.1 磁共振耦合无线电能传输系统简介
无线磁共振耦合电能传输系统的一般组成为：发射部分由发射线圈（图2.1左一）和共振线圈1（图2.1左二）组成，接收部分由接收（拾取）线圈（图2.1右一）和共振线圈2（图2.1右二） 组成。高频电源向发射天线输出高频正弦交变电流，单匝发射线圈在高频正弦交变电流的作用下在其附近空间产生交变磁场，共振线圈1感应到交变磁场而发生共振。共振线圈2与共振线圈1的结构参数完全相同，在磁共振耦合作用下共振线圈2也发生共振，并通过感应耦合作用将电能传输到接收线圈，接收线圈接收到的电能经过负载驱动电路进行整流滤波等简单处理后可以直接向负载供电，从而实现电能的无线中距离传输[2]。该技术属于近场无损非辐射磁共振耦合能量传输的范畴，尽管系统的各个部分之间的耦合系数会随着距离增大有减小，但在理论上，未被负载使用的能量会重新被发射端所回收，因此具有传输距离远、理论传输效率高等特点[3]。如果解决其中一些存在的问题，那么此项技术将会很快进入实用领域。
图2.1 磁共振耦合无线电能传输系统简化模型
1.2 磁共振耦合无线电能传输系统国内外研究现状
1.3 磁共振耦合无线电能传输系统的研究方向
目前，磁共振耦合无线电能传输在国内外的主要研究方向主要有以下几方面：
1.在单一接收线圈的情况下，使模型的数学计算或者仿真等方法优化参数，使其理论传输效率和功率尽可能高，为更多的优化工作打下理论基础。
2.对于多接收线圈的系统进行实验、仿真、计算等方法优化其传输效率，为技术尽快投入实用打下基础。
3.使用阻抗匹配等方法对参数变化时的系统进行优化，使系统尽可能工作在高效率、高功率点上，动态地提高系统传输性能。
总的来说，磁共振耦合无线电能传输技术的研究即是使用各种方法同时提高其传输功率与传输效率，并且使其在动态的情况下尽可能地保持稳定高效率传输。当能将传输损失动态地控制在一个可接受范围内并且功率能符合使用需要时，磁共振耦合无线电能传输技术投入实用的第一步就完成了。此外，无线电能传输传输的是电能，而能传输电能即能传输信息。近年来利用此技术传输信息的研究工作也在展开。
然而在这些研究中，关于利用数学方法优化参数使系统的峰值工作频率和效率更加靠近的研究仍未深入开展。因此本课题主要研究方向是研究磁共振耦合式无线电能传输技术的优化。由于通常用磁共振耦合传输电能时功率最高点和效率最高点的共振频率并不重合，获得最大功率往往会牺牲效率，反之亦然。因此研究目标是利用数学模型和仿真分析寻求参数优化设计方法，使两者峰值工作频率点尽量靠近或汇聚，提高系统综合传输性能，使其尽早进入实用领域。
2 基于简化模型的磁共振耦合无线电能传输系统优化
2.1 耦合系数的优化
2.1.1 K12的优化
对于线圈参数确定的系统，各种实验已证明线圈间距离并不是越近越好，最大传输功率经常产生于各线圈存在一定间距的情况下，即两相邻线圈间存在一优化耦合系数，系统在该优化系数下获得最大功率传输。利用图2.1的模型求解耦合系数k12、k23的优化值时，为避免直接依据基尔霍夫定律列三回路方程求解时的数学计算难度，采用阻抗映射的方法，将线圈回路参数向邻近回路映射，原三线圈回路可等效为双线圈或单线圈回路，从而降低数学分析难度。
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