無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）是一種安全、可靠和靈活的供電新技術，在電子植入式醫療設備、便攜式移動電子產品及電動汽車等領域中具有很大的應用前景，因此受到了越來越多的關注。隨著研究的不斷深入，人們認識到提高線圈間的互感是保持WPT系統高效率運行的重要舉措。然而，由于接收線圈位置的不確定性，現實中發射線圈與接收線圈之間會不可避免地存在線圈偏移問題，引起線圈間的互感降低，造成WPT系統的傳輸效率和穩定性顯著下降。因此，線圈偏移問題是推動WPT技術應用與發展亟待解決的關鍵問題。

為提高WPT系統對線圈偏移的忍受度，許多學者從線圈結構設計的角度進行了深入的研究。新西蘭奧克蘭大學的John T. Boys教授提出了雙極性矩形平面線圈（Double D）和在E型鐵心上多層疊繞的線圈結構，可在一定程度上改善線圈偏移下系統的傳輸效率和穩定性。

近年來，多發射線圈、發射線圈陣列結構、多接收線圈等耦合機構相繼被提出。在多發射線圈方面，提出圓形和六邊形切換式線圈結構、多維旋轉式結構、正四面體結構，從位置區域和空間維度上初步解決了線圈位置隨機性的問題。

在多接收線圈方面，Chow J P W等提出了一種接收線圈正交放置的線圈結構，可在局部空間提高線圈偏移下發射線圈與接收線圈之間的互感。現有研究結果表明，耦合機構的發射線圈位置大多是固定的，其控制自由度較小；多線圈結構有望成為解決線圈偏移問題的有效手段，但同時也增加了其耦合特性分析和參數優化設計的復雜性。

針對電動汽車靜態無線充電領域，考慮到人為操作的隨機性，即使停車場每個車位都配備限位器，但接收線圈難以對準發射線圈，會不可避免地出現橫向偏移問題。此外，從無縫拼接和成本效益而言，六邊形線圈結構更適用于電動汽車靜態無線充電。為此，本文提出一種多六邊形線圈的切換式耦合機構，擬借此解決在停車場中電動汽車靜態無線充電時出現的線圈橫向偏移問題。

本文針對多發射切換式耦合機構的耦合特性進行了機理分析，優化了文獻[14]中的線圈結構，根據等面積原則將接收端線圈由組合六邊形結構改為圓形結構，提高了線圈間的耦合系數；構建了發射端為多六邊形線圈和接收端為圓形線圈的耦合機構在軸對稱及橫向偏移工況下的互感計算方法；運用有限元方法定量分析了耦合機構的耦合系數隨線圈橫向偏移的演化規律及其發射線圈的切換準則；推導了線圈切換后實現高效率運行的最優負載匹配條件。最后通過實驗驗證了理論及仿真分析結果。

研究結果表明，多發射切換式耦合機構能有效地提升WPT系統的傳輸效率和穩定性，所構建的互感計算方法為今后優化線圈參數奠定了理論基礎。

結論

本文針對線圈偏移將造成WPT系統的傳輸效率和穩定性顯著下降的問題，提出了一種多發射切換式的耦合機構，以提高系統對線圈橫向偏移的忍受度。分別討論了該耦合機構在軸對稱和橫向偏移情況下互感的計算方法，基于有限元對比分析了多發射切換式耦合機構在不同線圈偏移情況下的耦合特性，并給出了系統切換前后因耦合系數變化其最優負載的匹配條件，最后通過實驗驗證了本文提出的耦合機構及其優化方法的有效性，使系統在一定橫向偏移下也能維持較高的傳輸效率。

該多線圈結構不僅適用于停車場電動汽車靜態充電，同時也適用于公共場所為手機等電子產品提供無線充電。基于本文研究所確定的發射線圈切換準則和開關切換對系統性能的影響，后續將進一步開展多發射切換式無線電能傳輸系統的切換控制算法和性能優化方面的研究。