平面螺旋线圈结构特性分析与优化
随着电气时代的到来，电能已经广泛应用于千家万户。然而，传统的“有线”传输方式由于系统老化等问题，常会出现接触不良、漏电等安全隐患，大大降低了电网的安全性和稳定性。为此，无线能量传输（WPT）技术应运而生，其旨在解决“有线”传输存在的诸多不足。WPT系统不与导体直接接触，不仅有助于延长系统寿命，还能使其更好地适应各种恶劣环境。作为WPT技术的核心，发射线圈和接收线圈组成的磁耦合结构成为了研究人员关注的焦点。T.BOYS团队在此线圈绕组方面取得了显著成果，完成了CP单极线圈、DD和DDQ双极线圈的磁耦合结构设计优化。同时，CHRIS MI教授也提出了LCC-LCC复合谐振拓扑磁耦合结构的集成方案设计。目前，磁耦合结构的线圈绕组设计方案大多聚焦于偏移性能、体积和成本的外部结构设计，而关于内部线圈绕组方案及其损耗的研究则相对较少。
为了更深入地探讨磁耦合结构的设计，采用kQ作为系统的综合评价标准，其中k代表耦合线圈系数，Q代表耦合线圈系统的品质因数。这一线圈绕组标准表明，在耦合线圈系数保持不变的情况下，系统的品质因数Q将对耦合线圈的性能产生显著影响。最常用的S-S谐振补偿结构的Q为：
其中，ω表示系统的工作角频率；L代表线圈的自感；R代表线圈的总损耗电阻(直流电阻、交流电阻和铁芯损耗)。
针对电感品质因数Q的研究，主要聚焦于闭合磁耦合结构的损耗以及Q值的优化。在无线充电磁耦合结构半开式磁路的Q值研究领域，福州大学的陈为教授做出了重要贡献，初步完成了基于PCB绕组的优化工作。
平面螺旋线圈（PSC）因其结构简单、耦合线圈系数高的优点，在消费级领域以及电动汽车领域均得到了广泛应用。本文针对该结构，首先进行了线圈绕组损耗和磁芯损耗的相关理论分析，并据此制定了相应的线圈优化方案。在此基础上，通过有限元分析（FEA）方法，具体对线圈绕组宽度和节距这两个维度进行了优化。最后，对所提出的线圈结构进行了相关测试，以验证所提出方案的合理性。
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