三线圈WPT系统的新型补偿网络设计
无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术是一种非接触式的电能传输技术，它克服了传统接触式电能传输技术布线的麻烦，避免了因导线而存在的诸多安全隐患，因其安全、可靠、便捷，近年来得到了迅速的发展[1-3]。
目前，磁耦合谐振式无线电能传输技术因距离适中、高传输功率、高效率等优点，广受关注[4][5]。但在实际应用中，线圈间的磁耦合强度会随着传输距离增加而迅速降低，此时确切能够耦合到接收线圈上的磁场能量变得很少，系统传输能力快速降低 [6]。为了进一步扩大传输距离，美国匹兹堡大学的Fei Zhang、Steven A. Hackworth等人提出了一种简单可行的方法[7][8]，即在原有两线圈之间插入一个无源的中继线圈，让中继线圈约束原本发散的磁场，成为能量传输的中转站。
中继线圈的引入，使得WPT系统增加了一个环节，在提高了传输能力的同时，也带来了新的问题[9]。非相邻线圈之间存在电感耦合，这使整个WPT系统存在多条能量传输路径，增加了分析难度。针对多线圈的交叉耦合问题，文献[10][11]中搭建了耦合电感模型，并提出优化负载阻抗和微调工作频率的方式来减少交叉耦合的影响;文献[12]中给予了部分克服和避免交叉耦合效应的准则，但都未能彻底解决这一问题。文献[13]提出串联电抗补偿来解决交叉耦合的影响，但确定方式复杂，应用困难。
本文就“发射-中继-接收”的三线圈磁耦合结构进行研究。根据二端口网络理论，将多级复杂、存在交叉耦合效应的三线圈耦合电感模型等效为变压器T网络模型，不仅将线圈间的交叉耦合效应融入到变压器T网络模型中的原边漏感Lpk，副边漏感Lsk，激磁电感Lm和等效变比n中，实现电感间的解耦，还基于变压器T网络模型等效参数的多解性[14][15]，提出新的补偿网络结构及参数确定方法。该方法考虑了交叉耦合带来的影响，改善三线圈WPT系统的输出特性，实现不同增益的恒压输出，有效地拓宽了系统的增益范围。
暂无评论