谐振式无线电能传输系统谐振线圈优化设计

磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验设计
一、实验目的：
研究磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率及影响因素。

二、实验器材：
1.无线电能传输系统主要器件：发射端和接收端线圈、电容、电阻、谐振电路；
2.发射端电源和信号源；
3.接收端负载电阻、直流电压表；
4.实验仪器：示波器、信号生成器。

三、实验原理：
四、实验步骤：
1.搭建发射端和接收端线圈、电容、电阻和谐振电路的结构；
2.给发射端线圈接入电源和信号源，在示波器上观察是否能产生高频电磁场信号；
3.给接收端线圈接入负载电阻，并用直流电压表测量输出电压；
4.调节信号频率，观察输出电压的变化；
5.测量不同频率下的输出电压大小，并记录；
6.根据测量结果，绘制输出电压与频率的关系曲线；
7.改变发射端和接收端之间的距离，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
8.根据测量结果，绘制输出电压与距离的关系曲线；
9.改变发射端和接收端线圈的尺寸，重复步骤3-6，观察输出电压的
变化；
10.根据测量结果，绘制输出电压与线圈尺寸的关系曲线；
11.分析实验结果，探讨传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系。

五、实验注意事项：
1.实验时需保证线圈与电容及电阻之间的连线正确；
2.实验时应注意观察信号源和示波器的显示，避免高频电磁场对其他
设备造成干扰；
3.实验时需小心操作，避免触摸电源线或其他高压部件。

六、预期结果：
1.通过实验数据得出输出电压与频率、距离、线圈尺寸之间的关系曲线；
2.分析曲线，得出传输效率与频率、距离、线圈尺寸的关系；
3.得出优化磁耦合谐振式无线电能传输系统的方向，以提高传输效率。

基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种通过磁场耦合方式实现电能传输的无线电能传输技术。

与传统的无线电能传输技术相比，磁耦合谐振式无线电能传输技术具有高效率、高安全性、低辐射等优点，在很多领域有着广泛的应用前景。

本文将对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行分析与设计。

首先，磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理是通过谐振腔和共振线圈实现能量的传输。

谐振腔和共振线圈之间通过磁场耦合，实现了能量的传输。

谐振腔是发射端和接收端都必须具备的，谐振腔内的电磁场能量被传输到共振线圈中，再通过共振线圈传输到接收端。

谐振腔和共振线圈的谐振频率需要匹配，以实现高效率的能量传输。

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时，首先需要确定传输的距离和传输功率的需求。

传输距离的长短决定了系统的工作频率和设计参数的选择，传输功率的需求决定了系统的功率放大器的设计。

其次，需要进行谐振腔和共振线圈的设计。

谐振腔的设计主要是确定谐振腔的形状和尺寸，以及谐振腔的谐振频率。

谐振腔的形状和尺寸可以根据实际应用场景进行选择，谐振频率需要与共振线圈的谐振频率匹配。

共振线圈的设计主要是确定线圈的匝数和长度，以及线圈的电感值。

接下来是功率放大器的设计。

功率放大器是用来提高传输功率的装置，通常采用放大器来实现。

功率放大器的设计需要考虑放大器的频率响应、增益和功率效率等参数。

由于谐振腔和共振线圈是通过磁场耦合进行能量传输的，所以功率放大器的输出需要采用谐振腔和共振线圈的输入端进行耦合。

最后是系统的控制和保护。

在实际应用中，磁耦合谐振式无线电能传输系统需要具备良好的控制和保护功能。

控制功能可以通过监测传输功率、输出电压和电流等参数实现，保护功能可以通过过流、过压和过温等方式实现。

综上所述，基于磁耦合谐振式无线电能传输技术的分析与设计主要包括传输距离和功率需求的确定，谐振腔和共振线圈的设计，功率放大器的设计，以及系统的控制和保护。

磁谐振式无线电能传输系统的优化设计摘要：通过两线圈和四线圈磁谐振式无线电能传输系统的电路模型，得到其传输效率表达式。

利用两线圈模型进行初步设计，确定传输距离、谐振频率、线圈半径、匝数、线径等参数；利用四线圈模型进行优化，分析电源线圈与发射线圈之间的互感以及负载线圈与接收线圈之间的互感对传输效率的影响。

实验结果证明当电源线圈与发射线圈之间的互感越大，且负载线圈与接收线圈之间的互感取某一特定值时，传输效率最大。

关键词：磁谐振式；无线电能传输；两线圈模型；四线圈模型；传输效率1系统结构及特点谐振式无线电能传输系统最基本的结构包括两线圈结构和四线圈结构[1-2]，目前存在各种各样的电路模型和分析方法[3-4]。

利用2个谐振线圈进行无线电能传输，随着两线圈距离的微小增加，耦合系数将急剧减小，导致阻抗失配，使传输效率急剧下降。

而四线圈结构增加2个感应线圈，使电源与发射线圈隔离，负载与接收线圈隔离。

通过调整电源线圈与发射线圈的耦合系数及接收线圈与负载线圈的耦合系数，保证阻抗匹配，获得较高的传输效率。

2谐振式无线电能传输系统电路模型分析2.1两线圈结构电路模型4结论由本文分析结果可知，电源线圈与发射线圈之间的互感M12，负载线圈与接收线圈之间的互感M34对系统传输性能有重要影响：适当增加电源线圈匝数能使系统传输效率得到有效提高，并且能减少谐振线圈匝数，对减小设备尺寸有重要意义，同时，通过调整M34能使系统获得高效率。

本文实验结果表明，根据四线圈模型推导得到的传输效率公式进行系统设计，可得到与理论结果相吻合的实验效果。

研究得出的效率与互感之间的关系及最大效率值条件在实际设计时具有较好的指导意义。

参考文献[1]赵争鸣，张艺明，陈凯楠.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报，2013，33(3)：1-13.[2]翟渊，孙跃，戴欣，等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J].中国电机工程学报，2012，32(12)：155-160.[3]李阳,张雅希,杨庆新,等.磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证[J].电工技术学报,2016,31(2):18-24.[4]王维,黄学良,谭林林,等.磁谐振式无线电能传输系统谐振器参数对传输性能的影响性分析[J].电工技术学报,2015,30(19):1-6.。

磁耦合谐振无线电能传输线圈设计参数一、概述磁耦合谐振无线电能传输技术是一种无线电能传输的新型方式，它通过磁场耦合的方式实现高效的能量传输，为无线充电、电力传输等领域提供了新的解决方案。

而线圈是磁耦合谐振无线电能传输中至关重要的组成部分，其设计参数的选择直接影响了系统的性能。

本文将对磁耦合谐振无线电能传输线圈的设计参数进行深入探讨。

二、线圈设计参数的选择1. 频率磁耦合谐振无线电能传输系统中的线圈工作在特定的谐振频率下，因此首先需要确定工作频率。

工作频率一般由电源频率、谐振电容的选择以及其他系统要求来决定。

2. 电感值线圈的电感值直接影响了系统的谐振特性，其选择需要在满足谐振条件的基础上尽可能地降低线圈的损耗。

通常情况下，电感值的选择需要根据工作频率和系统功率来进行优化。

3. 匝数线圈的匝数决定了其电感值和电压传输比，因此在设计线圈时需要根据系统的电压需求和电感值来确定匝数。

通常情况下，较大的匝数能够提高线圈的电感值和电压传输比，但同时也会增加线圈的电阻和损耗。

4. 线径和材料线圈的线径和材料直接影响了其电阻和损耗，因此在选择线径和材料时需要综合考虑系统功率、工作频率和成本等因素。

通常情况下，较粗的线径和低电阻的材料能够降低线圈的损耗，但同时也会增加成本和体积。

5. 抗干扰能力线圈在实际应用中可能会受到外部的干扰，因此需要具备一定的抗干扰能力。

在设计线圈时需要考虑到电磁兼容性、屏蔽设计等因素，以保证系统的稳定性和可靠性。

三、线圈参数优化方法1. 数值仿真通过数值仿真软件对线圈进行电磁场分析和谐振特性分析，可以有效地优化线圈的设计参数。

仿真可以帮助工程师快速地评估不同参数对系统性能的影响，从而指导设计优化。

2. 实验测试通过实验测试，可以对线圈的实际性能进行验证，进一步优化设计参数。

实验测试可以发现仿真中未考虑的影响因素，从而更准确地指导线圈的优化设计。

3. 综合考虑上线圈设计参数的选择过程中，需要综合考虑系统的工作条件、成本、体积、电磁兼容性等因素，以找到最优的设计方案。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueMay 2023Vol.46No.102023年5月15日第46卷第10期0引言生活中一些使用电缆输电的方式存在危险或不方便的地方场景，通常会考虑电能无线输送。

无线电能传输技术（Wireless Power Transfer,WPT ）是1890年由Nikola Tesla 最早提出，是一种将电能通过电磁场或电磁波的形式从发射端传递给接收端的一种技术。

与有线能量传输方式相比，无线电能传输有着更加安全、方便、灵活、可靠的优点，尤其适用于一些特殊的应用场合，如悬浮列车、体内医疗器械供电等，因此受到了越来越广泛的关注。

磁耦合谐振式无线电能传输技术（MCR⁃WPT ）利用谐振原理，通过使电路的固有频率与输入信号的频率相同，发射和接收线圈之间产生强耦合通道，从而实现电能的无线传输。

因其传输的距离为传输线圈直径的几倍，传输功率大、效率高，并且不受非磁性障碍物和其他非谐振频率干扰的优势，已成为目前WPT 领域最具有发展和应用前景的一种无线电能传输方式[1⁃6]。

在磁耦合谐振式无线电能传输技术中，线圈参数的变化会对传输效率产生重要的影响。

文献[7]分析了系统传输特性与谐振状态、互感之间的关系，并结合互感表达式确定最优线圈参数；文献[8]发现较大尺寸的发射线圈和较小尺寸的接收线圈组成的线圈耦合器有着比原来更大的传输功率和效率；文献[9⁃10]利用算法优化DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.10.014引用格式：郭军，程为彬，胡静文.谐振式无线输电系统线圈参数优化[J].现代电子技术，2023，46（10）：71⁃76.谐振式无线输电系统线圈参数优化郭军1，程为彬1，胡静文2（1.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100；2.国网山西省电力公司晋中市太谷区供电公司，山西晋中030800）摘要：为优化同轴同心型无线电能传输系统的线圈尺寸，提高最大传输效率，文中基于等效电路理论建模，通过电感、互感表达式推导耦合系数、最大传输效率关于线圈尺寸参数的关系式，运用仿真分析线圈长度、线圈直径和传输距离对耦合系数的影响规律，进一步优化传输系统的最大传输效率，并通过多物理场仿真不同线圈尺寸的磁场分布特征。

自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们对便捷性需求的提升，无线电能传输技术越来越受到关注。

作为一种新型电能传输方式，自谐振线圈耦合式电能无线传输技术以其高效、安全和灵活的特点，在电动汽车、移动设备充电、水下及空间探测等领域展现出广阔的应用前景。

如何提高这种传输技术的效率，仍是当前研究的热点和难点。

本文旨在分析自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率，并探讨其优化设计方法，以期为实际应用提供理论支持和技术指导。

本文首先回顾了自谐振线圈耦合式电能无线传输技术的发展历程和现状，分析了其基本原理和工作机制。

在此基础上，通过理论分析和数学建模，深入探讨了影响电能无线传输效率的关键因素，包括线圈设计、耦合距离、谐振频率等。

同时，本文还提出了一种基于多物理场耦合分析的优化设计方法，通过优化线圈结构、调整工作频率等手段，提高电能无线传输的最大效率。

本文的研究不仅对深入理解自谐振线圈耦合式电能无线传输技术的传输机制具有重要意义，而且为实际工程应用提供了有效的设计思路和优化策略。

通过本文的研究，有望推动自谐振线圈耦合式电能无线传输技术在更多领域的应用，为社会进步和科技发展做出贡献。

二、自谐振线圈耦合式电能无线传输的基本原理自谐振线圈耦合式电能无线传输技术是一种基于电磁场理论的无线能量传输方式。

其基本原理在于利用两个自谐振线圈之间产生的磁场耦合，实现电能的无线传输。

自谐振线圈的设计是关键，它要求线圈在特定频率下产生谐振，从而最大化传输效率。

当发送线圈中的交变电流产生变化的磁场时，接收线圈中的磁通量也会随之变化，从而在接收线圈中产生感应电动势和感应电流，实现电能的无线传输。

传输效率是自谐振线圈耦合式电能无线传输技术的重要指标。

影响传输效率的因素主要包括线圈之间的距离、线圈的尺寸、线圈的匝数、线圈的自谐振频率以及传输功率等。

为了提高传输效率，需要对这些因素进行优化设计。

自谐振线圈耦合式电能无线传输技术还需要考虑电磁兼容性和安全性问题。

谐振式无线电能传输系统的优化设计1.引言无线电能传输 (WPT) 技术近年来取得了快速发展，并被广泛应用于各种领域，如电动汽车充电、无线传感器网络和医疗设备供电等。

谐振式 WPT 系统是一种常见的 WPT 系统，它通过谐振来提高能量传输效率。

谐振式 WPT 系统的优化设计对于提高能量传输效率和系统稳定性具有重要意义。

2.谐振式 WPT 系统的工作原理谐振式 WPT 系统主要由发射线圈、接收线圈和谐振电容组成。

发射线圈和接收线圈通过电磁感应耦合，将电能从发射端传输到接收端。

谐振电容与接收线圈并联，形成谐振回路。

当发射线圈和接收线圈的谐振频率相同时，系统发生谐振，能量传输效率达到最大。

3.谐振式 WPT 系统的优化设计目标谐振式 WPT 系统的优化设计目标包括：提高能量传输效率：能量传输效率是指从发射端传输到接收端的能量与发射端的能量之比。

提高能量传输效率可以减少能量损失，延长系统的工作时间。

提高系统稳定性：系统稳定性是指系统在各种工况下都能正常工作的能力。

提高系统稳定性可以防止系统出现故障，确保系统的可靠性。

减小系统尺寸：系统尺寸是指系统所占的空间。

减小系统尺寸可以使系统更易于安装和维护。

4.谐振式 WPT 系统的优化设计方法谐振式 WPT 系统的优化设计方法主要包括：优化线圈参数：线圈参数包括线圈匝数、线圈直径、线圈形状等。

优化线圈参数可以提高线圈的谐振频率和耦合系数，从而提高能量传输效率。

优化谐振电容参数：谐振电容参数包括谐振电容值、谐振电容类型等。

优化谐振电容参数可以使系统在谐振频率处产生较大的谐振电流，从而提高能量传输效率。

优化系统匹配网络：系统匹配网络是指连接发射线圈和接收线圈的电路。

优化系统匹配网络可以将发射线圈和接收线圈的阻抗匹配，从而提高能量传输效率。

优化系统控制策略：系统控制策略是指控制系统工作状态的算法。

优化系统控制策略可以使系统在各种工况下都能正常工作，提高系统的稳定性。

5.结语谐振式 WPT 系统的优化设计对于提高能量传输效率、系统稳定性和减小系统尺寸具有重要意义。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统设计高频自激振荡无线电能传输系统是一种无线电能传输技术，可以将能量从一个电路传输到另一个电路，而无需使用传统的导线连接。

这种技术可以广泛应用于电力传输、电子设备充电等领域。

磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统是基于磁耦合和谐振实现的一种能量传输系统。

下面将对该系统的设计进行详细介绍。

1. 系统原理磁耦合谐振式高频自激振荡无线电能传输系统由两个主要部分组成：能量发射端和能量接收端。

能量发射端包括功率放大器和发射线圈，能量接收端包括接收线圈和整流电路。

能量发射端通过功率放大器将输入电源信号放大，并通过发射线圈将能量以高频电磁波的形式传输出去。

能量接收端的接收线圈接收到高频电磁波，并将其转换为电能，然后通过整流电路将其转换为直流电能供电使用。

2. 系统设计（1）能量发射端设计能量发射端的主要设计参数包括功率放大器的功率和频率，发射线圈的感应系数和谐振频率。

功率放大器应具有足够的功率输出，并能够将输入电源信号放大到高频电磁波的水平。

功率放大器的功率输出可以通过控制电源电压来实现。

发射线圈的感应系数决定了能量传输的效果。

感应系数较大会提高能量传输效率，但也会增加系统的成本和复杂性。

需要在效率和成本之间进行权衡。

谐振频率应与接收线圈的谐振频率相匹配，以实现最佳能量传输效果。

谐振频率可以通过调整发射线圈的电感和电容来实现。

整流电路应能够将接收到的高频电能转换为直流电能。

一种常用的整流电路是使用稳压二极管和电容器的整流电路。

3. 系统优化为了实现最佳的能量传输效果，可以对系统进行优化。

可以通过调整发射线圈和接收线圈的物理尺寸和位置来优化系统的能量传输效率。

这可以通过模拟软件进行模拟和优化。

可以通过使用集成电路和微控制器来实现系统的自动控制和监测。

这将提高系统的稳定性和可靠性。

还可以通过改进谐振电路的设计和优化整流电路的效率来进一步提高系统的能量传输效果。