MCR-WPT四种经典传输结构的性能比较四种经典传输结构的性能比较
采用电路理论分别对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)的4种经典发射接收系统模型进行传输功率和效率
的理论分析和研究，同时提出一种综合评价系统性能的方法，对串联-串联型(SS)、串联-并联型(SP)、并联-并
联型(PP)和并联-串联型(PS)模型的传输功率和效率的变化进行对比分析。通过数值仿真和实验结果表明，串联-
串联型(SS)更适合于磁谐振耦合式无线电能传输系统，且SS和SP的抗干扰性能比PP和PS更好。
0 引言引言
[1]
。2007年，A.Kurs、A.Karalis等人提出了一种新的无线电能传输技术
[2]
，再次引起广大研究者的关注。该技术利用线圈
之间近磁场的磁谐振耦合来传输电能，搭建的系统为磁耦合谐振式无线电能传输系统(MCR-WPT)，可以在中短距离传输上达
到很高的效率，具有可穿透非磁性障碍物、电磁辐射小等优点，主要用在电动汽车
[3]
、消费类电子产品
[4]
以及人体植入式医疗
器械
[5]
的充电应用中。
传输结构作为制约电能传输的最直接机制，一直是值得人们研究的热点；特别是当传输网络中线圈个数比单发射-单接收无
线电能传输系统要多得多时，传输网络中的发射端、中继和接收端的传输结构个数随线圈个数增加而增加，此时传输结构越显
得重要。对于不同传输结构，文献[6]从系统的动态负载工作模式角度分析输出电压与负载电阻之间的关系以及系统稳频稳压
特性，得出采用SP、PS传输结构的系统比采用SS、PP传输结构的系统具有更好的输出电压特性；文献[7]分别对4种传统传输
结构的系统总阻抗、发射接收回路电流和功率与相应的额定参数进行比较分析；文献[8]从这4种传输结构的反射阻抗入手研究
不同传输结构的
本文以两个线圈(发射线圈和接收线圈)构成的WPT系统为研究对象，采用电路理论分别对4种发射接收系统模型进行传输功
率和效率的理论分析和研究，并提出一种综合评价系统性能的方法，对不同模型的传输功率和效率的变化进行对比分析，阐明
不同结构对系统传输功率、效率的影响。由仿真和实验表明，串联-串联型（SS）更适合于磁谐振耦合式无线电能传输系统。
1 两线圈两线圈WPT系统的等效电路系统的等效电路
本文依据传输线理论
[9]
和集总参数电路理论来研究系统的电路模型。如图1所示，SS型所示为发射端LC串联-接收端LC串联
型两线圈WPT系统的几种参数下的等效电路，其他3种类型分别为串联-并联型（SP型）、并联-串联型（PS型）、并联-并联
型（PP型）。R
S
、R
L
分别为电源等效内阻及负载电阻，R
1
、R
2
是各回路的线圈的损耗内阻，在这里忽略了电容的损耗电
阻，因其通常比线圈的损耗电阻要小很多。圆形截面导线绕制的线圈损耗电阻计算公式如下：
其中a、r、N、λ和ω
0
分别表示铜线半径、线圈半径、线圈匝数、波长、谐振角频率；μ=4π×10
-7
H/m，σ=5.88×10
7
S/m。
L
1
、L
2
和C
1
、C
2
分别为发射端和接收端的线圈电感和调谐电容。M12为两线圈之间的互感，可由诺依曼公式求出。电路中
各回路的谐振频率和工作频率?棕0一致，且有
设收发回路的电流分别为I
1
和I
2
，根据基尔霍夫定律，可得系统电路方程：
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