磁耦合谐振系统效率提升：中继线圈影响与仿真研究

"本文主要探讨了级联式磁耦合谐振系统(MCR-WPT)的效率分析，从线圈等效电路和耦合模理论的角度出发，推导出系统传输效率的计算公式，并通过MATLAB进行仿真。此外，文章还使用HFSS电磁仿真软件设计并分析了环形螺旋磁耦合线圈模型，研究了线圈距离和中继线圈对传输效率的影响。结果表明，中继线圈能够增加传输距离并提升效率。" 在无线电能传输领域，磁耦合谐振式系统是一种重要的技术，它基于电磁共振原理，通过两个具有相同谐振频率的线圈实现近区电能的高效传输。2007年，麻省理工学院的研究团队展示了这一技术的潜力，能够在较远的距离上有效传输电能。 MCR-WPT系统通常分为两线圈和四线圈结构。本文采用四线圈结构，包括电源线圈、发射线圈、接收线圈和负载线圈，以实现更好的电源和负载匹配，减少它们对谐振线圈的影响。这种结构有助于独立电源和负载，降低它们对系统性能的干扰。 文章首先介绍了传统二阶电路模型的基础，构建了串-串式的MCR-WPT系统数学模型。发射端由发射线圈和电源线圈组成，接收端包含接收线圈和负载电路。系统中的所有线圈都由铜线绕制，通过直接耦合和谐振耦合来传递能量。为了优化效率，发射线圈和接收线圈被设定为相同的自谐振频率。 接着，文章利用MATLAB进行系统传输理论的仿真，得到了理论效率图，这是理论分析的重要步骤，有助于理解系统的工作机制。然后，借助HFSS电磁仿真软件，设计了环形螺旋磁耦合线圈模型。通过对模型的仿真，分析了线圈间距变化以及中继线圈引入对传输效率的影响。实验结果显示，中继线圈的加入可以显著增加传输距离，提高整体效率，尽管理论分析与实验结果存在一定的误差，但两者之间仍然显示出一致性。 本文深入研究了级联式磁耦合谐振系统的效率特性，通过理论计算和仿真验证，为优化无线电能传输效率提供了理论基础和实践指导，对于未来无线电能传输技术的发展具有重要意义。