赵 越，沈艳霞

(江南大学 物联网技术应用教育部工程研究中心，江苏 无锡 214122)

0 引 言

2006年，MIT提出了磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transmission,MCRWPT)的理论，并在9.9MHz的工作频率下成功点亮2 m之外的60 W小灯泡，传输效率为60 %[1]。经过多年的发展，MCRWPT技术已经在诸多领域得到了应用[2,3]，但系统的效率不高始终阻碍了其进一步推广。

提高谐振频率是提高MCRWPT系统传输效率的有效手段[4]，通过提高谐振频率，实现能量发射与接收线圈的强耦合作用，可以提高传输效率。然而高频工作时驱动电路及逆变器会产生不可忽视的开关损耗，而现有的提高谐振频率方案都不能很好地降低高频损耗。尽管文献[5,6]利用新型功放能量转换设备，实现了MCRWPT系统30 MHz频率下的逆变器软开关控制，但是整体效率仍旧不超过84.4 %，难以取得突破。此外，谐振频率的提高会导致线圈回路品质因数增大，使系统在线圈错位及距离变大时传输效率大幅下降，降低系统稳定性[7]。为此文献[8]对中等频率下MCRWPT系统传输效率进行了相关研究，发现在中等谐振频率下传输效率受线圈位置变化的影响小且传输效率仍然较高。然而该文献在研究负载以及耦合系数对传输效率的影响时，忽视了负载变化导致的负载回路品质因数变化。

为此，本文考虑四线圈MCRWPT系统，通过分析其电路模型，对传输效率与发射、接收线圈匝数、负载、传输距离的关系进行研究，利用遗传算法对传输效率进行优化，给出了实际应用中提高传输效率的思路。对600 kHz频率下的系统进行仿真，在遗传算法所得最优解的条件下，系统的传输效率可以达到87.2 %。……