隨著電氣時(shí)代的到來，電能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于千家萬戶。然而，傳統(tǒng)的“有線”傳輸方式由于系統(tǒng)老化等問題，常會(huì)出現(xiàn)接觸不良、漏電等安全隱患，大大降低了電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。為此，無線能量傳輸（WPT）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其旨在解決“有線”傳輸存在的諸多不足。WPT系統(tǒng)不與導(dǎo)體直接接觸，不僅有助于延長系統(tǒng)壽命，還能使其更好地適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。作為WPT技術(shù)的核心，發(fā)射線圈和接收線圈組成的磁耦合結(jié)構(gòu)成為了研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。T.BOYS團(tuán)隊(duì)在此線圈繞組方面取得了顯著成果，完成了CP單極線圈、DD和DDQ雙極線圈的磁耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。同時(shí)，CHRIS MI教授也提出了LCC-LCC復(fù)合諧振拓?fù)浯篷詈辖Y(jié)構(gòu)的集成方案設(shè)計(jì)。目前，磁耦合結(jié)構(gòu)的線圈繞組設(shè)計(jì)方案大多聚焦于偏移性能、體積和成本的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而關(guān)于內(nèi)部線圈繞組方案及其損耗的研究則相對(duì)較少。
為了更深入地探討磁耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用kQ作為系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其中k代表耦合線圈系數(shù)，Q代表耦合線圈系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)。這一線圈繞組標(biāo)準(zhǔn)表明，在耦合線圈系數(shù)保持不變的情況下，系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)Q將對(duì)耦合線圈的性能產(chǎn)生顯著影響。最常用的S-S諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的Q為：
其中，ω表示系統(tǒng)的工作角頻率；L代表線圈的自感；R代表線圈的總損耗電阻(直流電阻、交流電阻和鐵芯損耗)。
針對(duì)電感品質(zhì)因數(shù)Q的研究，主要聚焦于閉合磁耦合結(jié)構(gòu)的損耗以及Q值的優(yōu)化。在無線充電磁耦合結(jié)構(gòu)半開式磁路的Q值研究領(lǐng)域，福州大學(xué)的陳為教授做出了重要貢獻(xiàn)，初步完成了基于PCB繞組的優(yōu)化工作。
平面螺旋線圈（PSC）因其結(jié)構(gòu)簡單、耦合線圈系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)級(jí)領(lǐng)域以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)該結(jié)構(gòu)，首先進(jìn)行了線圈繞組損耗和磁芯損耗的相關(guān)理論分析，并據(jù)此制定了相應(yīng)的線圈優(yōu)化方案。在此基礎(chǔ)上，通過有限元分析（FEA）方法，具體對(duì)線圈繞組寬度和節(jié)距這兩個(gè)維度進(jìn)行了優(yōu)化。最后，對(duì)所提出的線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)測試，以驗(yàn)證所提出方案的合理性。
