基于电磁感应式的无线充电传输系统设计与仿真基于电磁感应式的无线充电传输系统设计与仿真
针对当前有线充电方式布线复杂、缺少灵活性等缺点，以电动自行车为例，设计了一种基于电磁感应式的无线
充电传输系统，分别对电磁和电路两部分进行研究，设计了无线充电传输系统线圈模型，并成功地制造了线
圈。利用ANSYS Maxwell软件对设计线圈进行了仿真，得到了线圈之间的电感系数、互感系数和耦合系数，仿
真结果验证了设计系统的可行性。
0 引言引言
Nikola Tesla于19世纪发明了用于无线电源传输系统的特斯拉线圈，实现了电能的无线传输
[1]
。虽然传统的有线电力传输能
提供更高的效率，但是由于无线充电更方便、成本更低，近年来随着无线充电技术逐渐走向成熟，受到了广泛的关注与应
用
[2]
。从手机、牙刷充电到电动汽车、无人驾驶飞行器，传输功率也从几瓦特到几千瓦特不等。
一直以来，电动自行车都被大家视为新能源出行方式，更是绿色环保的成熟出行标志。因此，近年来我国轻型电动车产业
一直保持了80%以上的增长速度，我国轻型电动车产销量已经占到全球90%以上，成为全球最大的轻型电动车生产国、消费国
和出口国
[3]
。但不可否认的是，由于充电和续航的原因，使得燃油类车辆有着看似“无法被取代”的方式因而一直被视为买车首
选。而无线充电技术是电动汽车充电的理想解决方案，解决了充电不便的问题。
为了能够提高无线充电的效率及其稳定性，诸多研究人员针对不同场景提出了不同的设计方案。文献[4]中，钱尼信等人设
计了一种基于无线充电的癫痫信号检测器，并具有较高的检测精度。文献[5]中，刘新天等人研究了电动汽车无线充电系统，
设计了拓扑与控制策略，并验证了方案的可行性。文献[6]中，叶先万等人研究了一种智能无线充电系统，有利于提高智能穿
戴等微型设备的充电效率与可控制性。
当前由于对电池的存储的电量要求较低，无线充电将特别适用于电动自行车，在电动自行车逐渐成为消费者日常短途出行
的重要交通工具的情况下，无线充电技术将促进电动自行车的进一步发展
[7-8]
。因此，本文设计了一种为电动自行车提供一个
12 V电池充电的无线电源传输系统。
1 电磁感应充电技术电磁感应充电技术
1.1 无线充电技术系统结构无线充电技术系统结构
无线充电技术主要分为电磁感应式、磁场共振式和无线电波式3种充电方式，是一种采用非物理接触进行能量传输的新型充
电技术
[9]
，其传输系统结构如图1所示，分为发射器、接收器两个部分，通过AD/DC转换、驱动器、控制器、整流器等元件实
现对负载的无线充电。
1.2 电磁感应式充电原理电磁感应式充电原理
电磁感应式无线充电是当前应用最为广泛的无线充电方式，适用于短距离无线充电，具有较高的传输效率。其工作原理主
要依据法拉第电磁感应定律，通过在发射端和接收端设置线圈，其中发射端线圈与交流电源连接，通过电磁感应现象，接收端
线圈能够感应到发射端线圈产生的电磁感应信号，产生电流供负载进行充电，其基本结构如图2所示。
2 系统设计系统设计
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