【自谐振空气线圈求解器】【无线电力传输系统】计算自谐振空气线圈的谐振频率和品质因数研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

在无线电力传输（WPT）系统中，自谐振空气线圈作为能量耦合的核心部件，其性能直接决定了系统的传输效率、距离和稳定性。其中，谐振频率和品质因数（Q 值） 是衡量线圈性能的关键参数：谐振频率决定了线圈与系统的匹配状态，而品质因数则反映了线圈存储能量与损耗的比例。因此，精准计算自谐振空气线圈的谐振频率和品质因数，是优化无线电力传输系统设计的基础。

自谐振空气线圈的结构与工作原理

自谐振空气线圈由导电材料（如铜线）绕制而成，无需磁芯（或仅以空气为介质），其谐振特性源于线圈自身的电感（L）与分布电容（C）的相互作用。当线圈通入交变电流时，电感会储存磁场能量，分布电容（由线圈匝间、线圈与周围环境间的电场形成）会储存电场能量，两者在特定频率下发生谐振，此时线圈的阻抗呈现纯电阻特性，能量传输效率达到峰值。

在无线电力传输系统中，发射线圈与接收线圈需工作在相同的谐振频率下，才能通过磁场耦合实现高效能量传递。若频率失配，会导致耦合系数下降、能量损耗激增，严重影响系统性能。而品质因数越高，线圈的能量损耗越小，磁场强度越集中，传输距离和效率也随之提升。因此，对这两个参数的精准求解具有重要工程意义。

谐振频率的计算方法

品质因数（Q 值）的计算与影响因素

无线电力传输系统中的应用与验证

自谐振空气线圈求解器的计算结果需在实际 WPT 系统中验证。例如，在磁共振耦合无线充电系统中：

• 若发射线圈与接收线圈的谐振频率偏差超过 5%，传输效率可能下降 30% 以上；

• 当 Q 值从 100 提升至 200 时，相同距离下的传输效率可提高 15%-20%。

通过求解器优化线圈参数后，可结合矢量网络分析仪（VNA）测量实际谐振频率和 Q 值，进一步修正模型，形成 “设计 - 计算 - 验证” 的闭环。

总结与展望

自谐振空气线圈求解器通过精准计算谐振频率和品质因数，为无线电力传输系统的优化设计提供了量化依据。未来，随着高频化、小型化 WPT 系统的发展，求解器需结合多物理场仿真（如热损耗、机械稳定性）和机器学习算法，实现线圈参数的智能化优化，推动无线电力传输技术在消费电子、电动汽车、医疗设备等领域的广泛应用。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 黄云霄,张强,牛天林,等.磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈优化研究[J].计算机仿真, 2017, 034(010):172-176,304.

[2] 姚威.一种三线圈结构无线电能传输系统谐振线圈的设计与研究[D].安徽工业大学,2019.

[3] 黄学良,曹伟杰,周亚龙,等.磁耦合谐振系统中的两种模型对比探究[J].电工技术学报, 2013, 28(2增):13-17.

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