一、磁耦合谐振无线电能传输原理及模型
磁耦合谐振无线电能传输与非接触感应式供电方式相比在传输距离上有很大的优势，与电磁波无线电能传输相比具有无敏感方向性、无辐射等许多的优点。本文在分析了磁耦合谐振无线电能传输的基本原理、数学模型的基础上建立了系统组成结构。系统框图如图1所示，交流电经过整流滤波后输入高频逆变桥，利用得到高频交流电源，谐振电路使得具有谐振频率的高频电压基波被充分放大为标准正弦波，供给发射线圈。发射与接收线圈构成的耦合系统。当接收线圈的固有频率与收到的电磁波频率相同时，两线圈共振，此时线圈回路阻抗达到最小值，电路中产生的电流最大，从而使大部分能量往谐振路径传递，完成磁场到电能的转换，实现电能的高效传输。谐振频率越高，向空间辐射的能量也就越大，传输效率就越高。
二、系统参数选择
本文采用圆柱形线圈，根据设定的传输距离，选择合适大小的线圈。谐振频率与线圈电感、电容相关。谐振频率多方面的因素制约，因此确定谐振频率、电感线圈之后，最后根据二者的需要匹配谐振电容。负载消耗的功率即为传输系统的接收功率，根据接收功率与频率、负载阻抗可计算出接收线圈电压；根据接收线圈电压、负载系数、谐振频率等计算接收线圈电流。负载线圈的电压、电流是源线圈通过磁场耦合到负载线圈的能力的表现形式，耦合系数是量化耦合能力的参数。根据传输的功率来确定耦合系数和发射线圈电压（折算为直流电源电压）、电流。应用磁耦合谐振式无线能量传输系统为用电设备供电，需要根据用电设备的具体要求设计能量传输系统的具体参数，以得到更高的传输效率。给定所需传输的功率、距离、负载阻抗，设计编写程序，通过matlab得到合适的系统参数：谐振频率、电源电压、线圈半径、线圈匝数、电容、预计的传输效率。
三、教学模型演示
经过反复测试实验模型选用参数：接收线圈与发射线圈之间的距离约为3mm，功率0.9W和负载阻值40Ω；得f＝65kHz，电压6V，线圈部分采用线径0.6mm的铜线，线圈外径r＝40mm，绕20匝，高频整流电路加补偿电容约为10μF，预计效率22.7%。线圈阻值为1Ω，电感值约22.2μH。高频逆变电路部分采用XKT‐480高频发生器，产生f＝65kHz，Upp＝25V的正弦交流信号。芯片内部的补偿电容为10μF.Uin=3V。高频整流电路加补偿电容约为10μF，与发射线圈产生较好的谐振效果。整流模块恒压3V输出，电流为100～600mA。模型原理如图3。教学演示装置显示，小车可以连续不间断地跑动，很好地演示了无线电能传输的基本原理。
四、结语
实践教学是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。本文建立的教学演示模型原理明确，形象直观地演示了无线电能传输中的线圈谐振频率、补偿电容、互感系数等因素对无线电能传输、检验医学期刊电压传输比的效率影响，激发了学生创新、实践的热情和兴趣。
作者：邢丽坤 单位：安徽理工大学
