感应耦合式非接触电能传输系统中线圈绕制方法对耦合系数影响研究

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感应耦合式非接触电能传输系统通过电磁感应传输能量而不依赖于物理接触，具有安全、清洁、低环境敏感度等优点，在电子设备、电动汽车^[1]、医疗植入^[2]等领域被广泛研究与应用。松散耦合变压器是感应耦合式非接触电能传输系统的核心，其设计的好坏直接影响系统的传输性能。目前，提高系统传输效率的主要方法是通过优化线圈和磁芯结构来提高系统耦合系数。文献[3][4]提出了双面绕组的线圈结构，相对于传统的单面绕组圆盘线圈，双面绕组变压器在相同磁芯尺寸的情况下具有更高的基波磁通路径高度，这意味着在相同气隙高度处，双面绕组变压器具有更高的耦合系数。当变压器背面加上屏蔽铝板之后，系统耦合系数还能提高近 50%。文献[5]提出了利用双面绕组内部多层不等长磁芯叠加，使得磁芯横截面面积沿轴线呈阶梯下降，从而得到磁芯内部磁场强度近似均匀分布，减少磁芯损耗。关于松散耦合变压器的磁芯结构、线圈覆盖面积、间距等方面的研究^[6]已经很多，但是实际上即便在相同磁芯结构、线圈覆盖范围、线圈间距的情况下，线圈绕制方法不同也会对系统耦合系数造成一定影响，关于该方面的研究则是很少。