自從麻省理工大學提出了磁耦合諧振式無線電能傳輸技術以來，無線電能傳輸技術受到了越來越多的學者的關注和研究。磁耦合諧振式無線電能傳輸技術通過發射和接收線圈之間的諧振耦合實現電能的高效、中小功率、中遠距離和無輻射的電能傳輸，與感應式無線電能傳輸相比，可以實現更遠距離的傳輸，與微波式無線電能傳輸相比，可以實現無輻射的電能傳輸，可以廣泛的應用到電動汽車充電和智能家居等場合。

諧振式無線電能傳輸系統的諧振器設計直接關系到系統的傳輸距離、傳輸效率等傳輸特性，直接決定系統的優劣，但是目前國內外鮮有文章對諧振器的設計提出定量化的指導。此外，諧振式無線電能傳輸還可以應用到人體植入器件、電力在線監測設備以及航天系統等特殊環境下的供電場合，在這些環境中，負載端經常會出現大角度的偏轉和偏移情況，導致發射和接收線圈不能處在水平同軸狀態下進行能量的傳輸，使系統的傳輸效率和傳輸功率會隨著大角度的偏轉而下降。

文獻[9]設計了變空間尺度多線圈磁諧振式無線電能傳輸系統，但并沒有解決抗偏轉問題；文獻[10]設計了全角度接收系統，實現了大角度偏移的大功率能量接收，但是系統相對封閉，實用性受到限制；文獻[11]設計了三維線圈接收系統，但是并未對諧振器進行定量化的設計，并且沒有分析比較系統的傳輸特性。

為了解決以上問題，本文利用電路理論和發射線圈與接收線圈之間的互感公式，對一維和三維諧振無線電能傳輸系統的特性進行建模和仿真。結合不同的實際需要，建立了一維、三維諧振器線圈的半徑和匝數等參數定量化的選擇方法，可以快速地選取線圈參數。

同時本文設計了一種全角度三維接收諧振器，具有較好的抗偏轉和抗偏移能力，與一維線圈相比，本文設計的諧振器可以實現全角度、多姿態和大功率的能量無線傳輸，并通過仿真分析和實驗驗證了本文設計的正確性和合理性。

圖5 三維等效電路

圖6 三維全角度線圈

總結

本文利用電路理論對一維和三維諧振式無線電能傳輸系統的特性進行了建模和仿真，研究了傳輸特性與線圈參數之間的關系，并通過仿真對線圈的半徑和匝數進行了定量化的設計。同時根據實際需要，定量化地設計了三維抗偏轉諧振器，在接收線圈大角度旋轉情況下，比較了一維和三維諧振器的接收功率，驗證了本文設計的三維諧振器接收功率始終大于或等于一維諧振接收功率。此外分析了三維諧振器負載功率隨偏移距離變化的關系，驗證了偏移距離在半徑范圍內，三維諧振器具有較好的抗偏移能力。

本文設計的三維諧振器具有全角度、抗偏轉和抗偏移能力，為磁耦合諧振器無線電能傳輸的三維多姿態抗偏轉三維諧振器設計提供了理論依據，該諧振器及設計方法可以應用到太空無線電能傳輸、電力在線監測設備及人體植入器件無線供電等應用場合。