基于恒定互感的MCR-WPT系统高偏移容忍度磁耦合机构设计与优化

在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,针对线圈间水平方向偏移时互感骤降而导致的系统运行稳定性问题,本文设计了一种具有高偏移容忍度的对称反向串联线圈(symmetrical reverse series coil,SRSC)磁耦合机构。SRSC结构的接收线圈采用两个同心圆形线圈反向串联连接,在没有额外增加任何谐振补偿网络和辅助控制装置的情况下,能够大幅度提高系统在任意水平方向上的偏移容忍度。本文首先提出一种空心圆形线圈在偏移工况下的互感计算方法,然后分析SRSC磁耦合机构的结构特性和互感特性,并提出一种基于恒定互感的磁耦合机构优化设计方法。仿真和实验结果验证了理论计算分析的正确性,SRSC结构能够有效解决无线电能传输系统线圈水平方向偏移的互感剧烈波动问题,使系统在发射线圈外径50%偏移范围内仍能保持高效运行,提升了系统的稳定性。