内容简介
无线电能传输技术作为一项具有广泛应用前景的技术，正在不断突破现有技术瓶颈，开拓新的应用领域。《无线电能传输基本原理与关键技术》源于作者十几年研究成果的总结，书中系统地介绍了无线电能传输的基本原理、关键技术及其主要应用，同时还提供了多个无线电能传输的仿真案例，以帮助读者更好地理解这一领域的最新研究成果和应用发展趋势。
《无线电能传输基本原理与关键技术》不仅适合高等院校电磁场与无线技术、电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程等专业高年级本科生和研究生作为专业课参考教材使用，也为无线电能传输领域的学者和工程师提供了科学研究与工程应用的指导。
目录
前言
第1章 绪论1
参考文献4
第2章 无线电能传输技术的基本原理5
2.1 互感模型5
2.1.1 互感模型理论基础5
2.1.2 无线电能传输系统互感模型7
2.2 耦合模模型10
2.2.1 耦合模理论基础10
2.2.2 无线电能传输系统耦合模模型16
2.3 二端口模型23
2.3.1 二端口模型理论基础 23
2.3.2 无线电能传输二端口模型25
2.4 分数阶模型27
2.4.1 分数阶元件的基本特性27
2.4.2 分数阶电路建模理论28
2.5 宇称时间对称模型35
2.6 能流模型 36
2.6.1 以单匝线圈为传能载体的坡印亭矢量计算方法研究36
2.6.2 以多匝线圈为传能载体的坡印亭矢量计算方法研究41
参考文献42
第3章 无线电能传输补偿电路拓扑结构43
3.1 传输机理分析43
3.2 经典补偿网络44
3.3 系统增益特性分析49
3.4 高阶拓扑结构55
3.4.1 双边LCC 55
3.4.2 LCC-S 65
参考文献71
第4章 磁耦合机构与抗偏移方法研究72
4.1 耦合线圈抗偏移设计73
4.1.1 抗偏移新型线圈结构73
4.1.2 DDQ/DD线圈偏移特性分析75
4.2 抗偏移磁集成方法及特性研究78
4.2.1 抗偏移磁集成方法研究78
4.2.2 线圈结构磁集成抗偏移特性分析80
4.2.3 补偿拓扑磁集成抗偏移特性分析83
4.3 互感叠加抗偏移磁集成方法研究84
4.3.1 磁集成耦合结构设计85
4.3.2 建模与抗偏移特性分析86
4.3.3 磁集成线圈结构优化91
4.4 双互感差值抗偏移磁集成方法研究93
4.4.1 磁集成耦合结构设计93
4.4.2 建模与抗偏移特性分析93
4.4.3 磁集成线圈结构优化96
参考文献98
第5章 无线电能传输中的电力电子技术100
5.1 无线电能传输变换器控制策略与软开关技术100
5.1.1 无线电能传输变换器系统控制策略100
5.1.2 无线电能传输变换器功率器件软开关技术102
5.2 基于有源整流器的最大效率的跟踪控制105
5.2.1 电池无线充电模式105
5.2.2 ZVS和最小循环无功功率的条件106
5.2.3 损耗分析与优化110
5.2.4 设计方法114
5.3 基于互感在线辨识的最大效率跟踪控制策略115
5.3.1 稳态模型的构建115
5.3.2 最大效率跟踪控制117
5.3.3 互感的动态预测119
5.3.4 实验验证120
5.4 AC/DC WPT变换器集成式拓扑设计与控制121
5.4.1 AC/DC WPT集成变换器简介121
5.4.2 变换器LCC-S补偿网络124
5.4.3 变换器功率损耗分析126
5.4.4 控制器设计128
参考文献131
第6章 电容式电能传输方法133
6.1 电容式电能传输技术的基本原理133
6.1.1 电容式无线充电系统工作原理简介133
6.1.2 电场耦合机构134
6.2 电容式无线充电系统建模分析137
6.2.1 两电容模型137
6.2.2 激励电流源模型138
6.2.3 激励电压源模型142
6.2.4 耦合电容测量144
6.2.5 补偿网络设计146
6.3 具有恒压输出特性的多负载电容式无线充电系统研究150
6.3.1 恒压输出模型151
6.3.2 电场耦合机构的设计155
6.3.3 功率传输能力分析160
6.4 具有恒流输出特性的多负载电容式无线充电系统研究163
6.4.1 恒流输出模型164
6.4.2 功率传输能力分析171
6.4.3 实验验证175
参考文献176
第7章 电动汽车无线充电技术178
7.1 电动汽车无线充电标准178
7.1.1 电动汽车无线充电标准的术语和定义178
7.1.2 电动汽车无线充电标准内容简介179
7.2 电动汽车静态和动态无线充电概述182
7.3 电动汽车动态无线充电184
7.3.1 无线充电系统的组成与原理184
7.3.2 动态耦合模式的分析184
7.3.3 无线充电系统动态耦合模式的仿真189
7.4 电动汽车无线充电互操作性191
7.4.1 互操作性的定义192
7.4.2 补偿网络互操作性的评价方法192
7.4.3 耦合线圈互操作性的评价方法198
7.4.4 互操作性的提升方法202
参考文献209
第8章 全向无线电能传输技术210
8.1 磁场调控方法210
8.2 输出电压自适应调节的全向无线电能传输系统211
8.2.1 系统分析211
8.2.2 仿真分析218
8.3 输出电压自适应调节的无线电能传输可重组接收端222
8.3.1 系统分析222
8.3.2 仿真分析227
8.4 集成型二维空间全向无线电能传输方法研究228
8.4.1 系统分析229
8.4.2 仿真与实验236
参考文献241
前言/序言
无线电能传输技术近年来取得了显著的进展，其核心理念是利用电磁场或电磁波在物理空间中的分布和传播特性，通过非导线直接接触的方式，将电能从电源侧传递至负载侧。这种新型的输电方式特别适用于“不宜、不准”用导线直接连接的多种用电场合，与当前国家在军工、民生等重要领域对电能灵活传输、转换与补给的需求高度匹配。随着材料科学、电力电子技术、控制理论与人工智能等技术的不断进步，无线电能传输技术在各个领域的应用前景愈加广阔，以下是当前该技术发展的几大趋势：
一是载运装备及智能无人值守类装备为主的高功率密度动静态非接触式供电。以电动汽车为代表的载运装备，通过无线充电技术可以实现高效、便捷的能量补给，提高工作与部署效率，满足未来交通运输体系对充电自动化和智能化的需求。这种动静态相结合的无线充电方式，既能在车辆静止时充电，也能在车辆行驶过程中进行能量补给，极大地提升了使用便利性。
二是电子产品无线充电及低功耗传感器类装置中短距离、低功率无线能量收集。以智能手机、可穿戴设备为代表的消费电子产品，通过无线电能传输技术可以实现更为灵活多样的充电，摆脱传统导线的束缚，提升用户的体验感。另外，低功耗传感器类装置通过中短距离无线能量收集技术，可以确保其长期稳定运行，在电气设备智能状态监测、数据采集、物联网等领域有着广泛的应用前景。
三是军工装备无线充电及能信同传。以无人潜航器为代表的军工装备，在复杂极端环境中，传统的充电方式往往难以保障其安全性与可靠性。通过无线电能传输技术，不仅可以实现非接触式充电，解决了充电接口的密封性和耐久性问题，还能实现能量与信息的同步传输，提高系统的整体性能和可靠性。
无线电能传输技术作为一项具有广泛应用前景的技术，正在不断突破现有技术瓶颈，开拓新的应用领域。《无线电能传输基本原理与关键技术》旨在系统地介绍无线电能传输的基本原理、关键技术及其主要应用，帮助读者更好地理解这一领域的最新研究成果和发展趋势。希望本书能够为相关领域的研究和实际应用提供有益的参考，并推动无线电能传输技术的进一步发展。
感谢各位读者的关注与支持，我们希望能够为读者提供丰富的知识和见解，激发更多的研究和创新。在未来，无线电能传输技术必将进一步推动社会的智能化和可持续发展，成为科技进步的重要引擎。让我们一起踏上这段科技探索之旅，感受无线电能传输技术所带来的无限可能和美好前景。
在此，我们要感谢所有为《无线电能传输基本原理与关键技术》提供支持和帮助的专家、学者和朋友们。特别感谢为本书内容做出贡献的所有课题组成员以及参加本书整理工作的研究生们。
《无线电能传输基本原理与关键技术》由张献、杨庆新、许飞、李小宁、代中余、陈婷、薛明、荣灿灿、罗志超著。
在《无线电能传输基本原理与关键技术》撰写过程中，参阅了许多相关文献资料并引用了一些图表，在此向其作者和有关单位表示感谢。
衷心感谢国家自然科学基金委员会、河北省自然科学基金委员会和天津市科学技术委员会的大力支持。
由于著者水平所限，加之时间仓促，缺点、错误和不当之处在所难免，恳请读者批评指正。
著 者
