刘宿城，周雒维

(重庆大学 电气工程学院，重庆 400044)

引言

利用电磁感应的基本原理进行电能传输由来已久，早在19世纪末，尼古拉·特斯拉就曾做过远距离无线电能传输的试验。目前，在近距离传输范围内，电磁感应电能传输已越来越多应用到自动牵引机车、电动汽车的无线充电和便携式电子设备等方面[1-3]。而在中等距离电能传输方面，直到2007年才由MIT的科学家对此研究做了突破性进展，在实验室条件下实现了在2 m远的距离将灯泡点亮，且传输效率达到40%，传输距离1 m时更是达到90%[5，6]。奠定这一工作的基础理论是非辐射性磁耦合原理，或称近场磁耦合谐振，与以往的无线电能传输具有本质的不同：（1）与利用电磁感应原理进行无线电能传输的方式相比，磁谐振耦合电能传输系统工作在“强耦合区域”，传输距离大大提高；（2）与微波电能传输方式相比，近场磁耦合谐振产生的是非辐射性谐振磁场，具有一定的方向性和区域性，因此传输过程中能量损耗可以很小。

然而，由于近场磁耦合谐振能量传输方式的提出时间尚短，对于系统的理论分析和相关研究方法也莫衷一是，但主要分析方法有两种：耦合模理论[5，6]和集总参数电路法[8，10，13]。 本文结合耦合模理论和集总参数电路法的优点，对基本近场磁耦合谐振能量传输系统的重要特性进行了建模分析，包括功率传输能力、传输效率和频率特性；并导出系统最佳工作点的理论约束条件，为优化系统设计奠定理论基础。……