仪器仪表学报

作者：杨奕，林治浩，张路，李海啸，周钊屹

单位：杨奕,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,yangyi@cqut.edu.cn,林治浩,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,,张路,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,,李海啸,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,,周钊屹,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,

关键词：无线电能传输;扁平螺线管;抗偏移;高功率密度

基金：重庆市自然科学基金面上项目（CSTB2024NSCQ-MSX0382）、重庆市教育委员科学技术研究项目（KJQN202201103）资助

针对无线电能传输（WPT）系统中传统扁平螺线管磁耦合机构在水平横向偏移条件下耦合系数显著下降、传输效率受限的问题，提出了一种面向工程应用的凹型扁平螺线管线圈磁耦合机构设计方法，以实现系统的强抗偏移性能。首先，基于基波分析法（FHA）对典型补偿拓扑进行电压增益特性研究，揭示电压增益G与互感之间的解析关系，阐明通过减小偏移对互感M的敏感性可提升系统抗偏移能力。其次，从绕组排布角度出发，深入分析线圈绕线方式、匝间距及端口凹陷角度对磁场分布均匀性及耦合系数保持率的作用机理，并提出相应的参数权衡与优化方法。随后，基于Ansys/Maxwell建立多构型磁耦合机构仿真模型，比较不同结构在水平偏移条件下的磁场分布与耦合系数变化规律。结果表明，采用非均匀排布、端口凹陷角度为30°的凹型结构在±60%水平偏移下仍能保持较高的耦合系数和稳定的传输性能。为实现轻量化与集成化，接收端设计为柔性印刷电路板（FPC）线圈结构，满足中小功率便携式设备对小型化与高功率密度的要求。最后，搭建了一台100W实验样机，实验结果显示：在接收端X轴±15mm、Y轴±30mm的偏移范围，系统输出电压波动控制在4%以内，最大传输效率达到87.3%。验证了所提磁耦合结构在偏移容差与系统性能提升方面的有效性及工程应用价值。

来源：2025年第10期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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