無線電能傳輸技術在消費電子產(chǎn)品、無人駕駛電動汽車、可植入醫(yī)療設備等產(chǎn)品中得到了廣泛應用。本書介紹了磁耦合多線圈結構無線電能傳輸系統(tǒng)快速發(fā)展的歷程，并重點闡述了多線圈WPT系統(tǒng)的結構、分析方法、建模手段及參數(shù)優(yōu)化技術。
全書共7章，內容包括緒論、四線圈WPT系統(tǒng)輸入輸出端線圈匹配技術、多中繼線圈WPT系統(tǒng)帶通濾波器設計技術、多中繼線圈WPT系統(tǒng)頻率分裂分析方法、多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)高傳輸效率的參數(shù)配置技術、基于接收端反射電阻理論的多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)設計方法、多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電流和優(yōu)化電壓的電路方案。
本書可作為研究方向為無線電能傳輸?shù)拇T士、博士研究生和相關教師的參考書，也可作為本領域從事產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的工程師的參考書。
近些年來，隨著電力電子器件、功率變換技術、智能控制技術以及材料學的發(fā)展，磁耦合諧振式無線電能傳輸(WPT)技術得到了廣泛的研究。
基本的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)是由單發(fā)射單接收線圈、高頻交流電源和負載構成的，線圈間的耦合系數(shù)隨著傳輸距離的增大呈三次方反比例下降，因此兩線圈結構WPT系統(tǒng)的負載獲得功率和電能傳輸效率隨傳輸距離的增大而明顯下降。為了解決該問題，出現(xiàn)了能有效提高系統(tǒng)性能的插入多中繼線圈的WPT系統(tǒng)。此外，對于多負載的應用場合，如同時對多個消費電子產(chǎn)品充電，需研究單發(fā)射多接收線圈WPT系統(tǒng)甚至多發(fā)射多接收線圈WPT系統(tǒng)的耦合特性、功率分配問題、系統(tǒng)效率問題、頻率分裂以及線圈本身結構設計問題等。對于需要動態(tài)充電、全向充電和有效提高充電區(qū)域的場合，需研究多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)以及多發(fā)射多接收線圈WPT系統(tǒng)，涉及的技術問題有系統(tǒng)效率優(yōu)化、多饋電通路協(xié)調控制、能量與信息協(xié)同傳輸?shù)取?
根據(jù)上述技術發(fā)展，本書重點討論了磁耦合多線圈結構無線電能傳輸系統(tǒng)的設計以及性能優(yōu)化方法。書中不僅給出了理論知識，還通過嚴格的電磁仿真和實驗測量驗證所提出的理論，旨在為讀者提供一本邏輯清晰、層次分明、系統(tǒng)性強的參考書。
全書共7章。第1章是緒論，主要介紹磁耦合無線電能傳輸技術的發(fā)展現(xiàn)狀、磁耦合多線圈結構無線電能傳輸技術概述以及全書結構與內容安排；第2章是四線圈WPT系統(tǒng)輸入輸出端線圈匹配技術，主要介紹系統(tǒng)電路分析及相關的計算實例；第3章是多中繼線圈WPT系統(tǒng)帶通濾波器設計技術，主要介紹基于基爾霍夫電壓定律和基于帶通濾波器理論的系統(tǒng)分析，以及相應的數(shù)值計算與實驗測量；第4章是多中繼線圈WPT系統(tǒng)頻率分裂分析方法，主要介紹系統(tǒng)特性分析、基于物理模型的理論闡釋、實現(xiàn)預定目標的優(yōu)化分析及相應的實驗驗證；第5章是多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)高傳輸效率的參數(shù)配置技術，主要介紹多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)的理論分析及相關的數(shù)值計算與實驗驗證；第6章是基于接收端反射電阻理論的多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)設計方法，主要介紹基于接收端反射電阻理論的多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)的理論推導及相關的數(shù)值計算與實驗驗證；第7章是多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電流和優(yōu)化電壓的電路方案，主要介紹多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電流和優(yōu)化電壓的電路方案以及相應的理論計算和全波電磁仿真驗證。
本書是多位作者通力合作的成果，其中，張金主筆了大部分內容，呂飛和劉飛負責起草大綱以及統(tǒng)稿工作。
在本書編寫過程中，金陵科技學院電子信息工程學院的陳正宇教授和胡國兵教授給予了寶貴的意見和幫助，在此表示衷心的感謝。
限于編者水平，書中難免存在不妥之處，敬請專家、同行和讀者批評指正。
著 者
2023年3月
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 磁耦合無線電能傳輸技術的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外磁耦合無線電能傳輸技術的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內磁耦合無線電能傳輸技術的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3 磁耦合多線圈結構無線電能傳輸技術概述 5
1.4 全書結構與內容安排 11
本章小結 12
參考文獻 12
第2章 四線圈WPT系統(tǒng)輸入輸出端線圈匹配技術 17
2.1 引言 17
2.2 系統(tǒng)電路分析 17
2.2.1 最大傳輸效率的分析 19
2.2.2 最大傳輸效率條件下設定負載獲得功率的分析 21
2.3 計算實例 22
2.3.1 最大傳輸效率的計算 23
2.3.2 最大傳輸效率條件下設定負載獲得功率的計算 25
2.4 模型實現(xiàn)與實驗測量 28
本章小結 32
參考文獻 32
第3章 多中繼線圈WPT系統(tǒng)帶通濾波器設計技術 34
3.1 引言 34
3.2 基于基爾霍夫電壓定律的系統(tǒng)分析 34
3.2.1 傳輸效率特性 36
3.2.2 接收器中感應電流特性 37
3.3 基于帶通濾波器理論的系統(tǒng)分析 42
3.3.1 基于兩類濾波器模型的WPT系統(tǒng) 42
3.3.2 用帶通濾波器理論分析的限制條件 46
3.4 數(shù)值計算與實驗測量 50
3.4.1 源加載品質因數(shù)不等于負載加載品質因數(shù)的情況 51
3.4.2 源加載品質因數(shù)等于負載加載品質因數(shù)的情況 54
本章小結 56
參考文獻 57
第4章 多中繼線圈WPT系統(tǒng)頻率分裂分析方法 59
1.1 引言 59
4.2 系統(tǒng)特性分析 59
4.2.1 電能傳輸效率特性 62
4.2.2 負載獲得功率特性 64
4.3 基于物理模型的理論闡釋 66
4.3.1 不共軸線圈間互感與耦合距離及角度的關系 66
4.3.2 插入一個中繼線圈的WPT系統(tǒng)的物理模型實現(xiàn) 67
4.4 實現(xiàn)預定目標的優(yōu)化分析 71
4.4.1 設定優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件 71
4.4.2 數(shù)值結果 72
4.5 實驗驗證 76
4.5.1 對插入一個中繼線圈的WPT系統(tǒng)特性的驗證 77
4.5.2 對插入一個中繼線圈的WPT系統(tǒng)預設目標實現(xiàn)的驗證 78
本章小結 80
參考文獻 81
第5章 多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)高傳輸效率的參數(shù)配置技術 83
5.1 引言 83
5.2 多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)的理論分析 83
5.3 數(shù)值計算與實驗驗證 87
本章小結 98
參考文獻 98
第6章 基于接收端反射電阻理論的多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)設計方法 100
6.1 引言 100
6.2 基于接收端反射電阻理論的多發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)的理論推導 101
6.2.1 基于基爾霍夫電壓定律的系統(tǒng)分析 101
6.2.2 接收端反射電阻理論與基爾霍夫電壓定律的對應關系 104
6.3 數(shù)值計算與實驗驗證 106
本章小結 116
參考文獻 116
第7章 多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電流和優(yōu)化電壓的電路方案 119
7.1 引言 119
7.2 多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電流的電路方案 120
7.2.1 理論推導 120
7.2.2 數(shù)值分析 123
7.3 多發(fā)射單接收線圈WPT系統(tǒng)優(yōu)化電壓的電路方案 127
7.4 兩種優(yōu)化電路方案的分析與比較 129
7.4.1 兩種優(yōu)化電路方案的關系 129
7.4.2 兩種優(yōu)化電路方案的不同 130
7.5 理論計算和全波電磁仿真驗證 132
本章小結 133
參考文獻 134
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