《无线电能传输电动汽车及移动设备应用》共分为六部分，其中部分简要介绍了移动电源、无线电源和电动汽车的概念。第二部分阐述了IPT的耦合线圈模型、回转器电路模型、磁镜模型和通用统一动态相量等理论。第三部分讨论了RPEV的动态充电问题，从引入动态充电开始，总结了RPEV的历史，解释了I型和S型超细供电导轨的设计，以及用于IPTS的控制器和补偿电路、有源抵消的电磁场抵消方法等。第四部分从静态充电和非对称线圈的介绍开始，解释了大容量EV充电器设计，以及EV充电器的电容式电能传输和异物检测。第五部分从耦合磁谐振系统的回顾开始，介绍了IPT手机和机器人的移动应用，阐述了中远程IPT和偶极子线圈自由空间全向IPT，并讨论了机器人二维全向IPT。第六部分阐述了无线核仪器和SMF等WPT的特殊应用，并展望了WPT的发展前景。
本书是电力电子、物联网和汽车行业的工程师，以及电动汽车和移动设备无线电力传输领域的工程师必不可少的设计和分析指南，也是相关专业研究生和高年级本科生的重要参考书。

无线电能传输听起来还是非常高大上的技术，但是现在已经悄然走进了我们的日常生活。目前，手机已经实现了商业化，随着电动汽车快速普及，其无线充电将迎来需求大规模爆发。
这本《无线电能传输电动汽车及移动设备应用》从基本的概念介绍，到实际工程应用；从电路模型建立，到供电导轨设计；从各种补偿电路、控制电路的分析，到实际充电器的工程应用；从移动端的实际应用，到机器人、核电站特殊工程应用，可谓是应有尽有，包罗万象。全面总结了无线电能传输的理论、应用，可谓是工程技术人员和科研人员学习、应用宝库！

原书前言
谈到无线电能传输（WPT），我们不能不提尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla），他在100年前就进行了WPT和无线通信的历史性实验。尽管他没能向另一个大陆发送无线电能，但他激发了无线发送电能的想法。从那时起，几乎在无线电能传输领域每一个试验和每一份努力都在发展或者源于特斯拉的想法。他的发明之一便是三相感应电动机，这是一种WPT结构，因为感应电动机的定子和转子组成一个发送器（Tx）和接收器（Rx），形成一个变压器。变压器也是一种WPT结构，其中一次和二次绕组是WPT系统的Tx和Rx。令人惊讶的是，松散耦合变压器出现在感应电能传输（IPT）系统的等效电路中，这是目前应用广泛的WPT技术。请注意，交流变压器的使用使人类社会的电气化成为可能鉴于此，我们可以说WPT是现代社会的根源之一。
本书的作者从2008年开始就对WPT产生了兴趣，也就是在美国麻省理工学院著名的Soljacic在2.1m距离上无线发送60W功率的实验一年之后。
Chun T.Rim博士的研究从道路供电电动汽车（RPEV）的IPT开始，当时加利福尼亚州高级交通和公路（PATH）团队的合作伙伴已经在20世纪90年代展示了他们的RPEV公交车。作为一名电力电子工程师，他在审阅了关于PATH项目开发的终报告后，起初并不完全相信RPEV的成功。PATH团队的60%的低效率和7.6cm的小间距看起来并不适用于商业化。他不由得想起了KAIST前总裁Nam P.Suh博士。Nam P.Suh坚持认为道路充电电动汽车相比于纯电池驱动电动汽车是更有竞争力的电动汽车商业化方案。在他的强烈支持和指导下，名为在线电动汽车（OLEV）的韩国版本道路充电电动汽车得到了加速发展和商业化。幸运的是，Rim博士成为这个估值超过4000万美元的韩国全国性项目核心成员之一。他是负责为OLEV开发IPT系统的关键团队成员之一，并在2013年之前为OLEV开发了四代IPT系统，那时他开始独立开发第五代IPT系统。他开发了U型、W型、I型和S型供电导轨，用于OLEV公共汽车、运动型多用途车和火车。OLEV巴士和火车分别于2014年和2010年部署并商业化。OLEV被世界经济论坛评选为2010年50项发明和2013年10项新兴技术中的项。
Rim博士在成功开发了OLEV之后，将其在WPT的研究领域扩展到了静态电动汽车充电、移动设备充电、机器人电源和无人机电源。2013年，他首次证明了Soljacic的四个线圈的耦合磁共振不是先进的，可以等效地退化为两个线圈的传统IPT。此外，他还证明了采用创新偶极子线圈的传统IPT可以实现长5m、功率为209W的WPT。近，他用同样的技术在12m的距离上用IPT获得了10W的功率传输。在2015年，通过在IPT上采用交叉偶极子线圈，对于都是平板型的发射接收线圈实现了6个自由度的移动充电，从而在自由空间提供连续无线供电。
他开发的一系列基于偶极子线圈的IPT显示了替换基于标准线圈的IPT的可能性，因为偶极子线圈将线圈的维度从两个减少到一个。这样，二维偶极子线圈可以产生与三维线圈相同的磁通分布。这种无量纲特性对于紧凑和远程应用［如物联网（IoT）和可穿戴设备］至关重要。Rim博士目前正在开发特殊用途的WPT技术，如无线滑环、无线核仪器和合成磁场聚焦（SMF）。其中SMF通过合成2013年发明的阵列线圈的单独可控电流，可以提高磁场的分辨率。
除了上述WPT技术的新发展之外，Rim博士还设想了WPT的新理论，因为他发现WPT几乎没有可用的理论。麦克斯韦方程不能直接用于线圈设计和磁场抵消问题。这就是为什么他为线圈设计开发了一个磁镜模型，为共振电路设计开发了一个回转器电路模型。在静态和动态WPT的分析和设计中，采用了他很久以前开发的相量变换方法。
与此同时，Chris Mi博士于2008年开始了他在WPT的独立研究。在过去的8年中，他的团队开发了许多独特的WPT系统拓扑，包括双重LCC补偿拓扑、大功率电容无线功率传输（CPT）技术、低纹波动态WPT等。LCC拓扑达到了8kW，距离150mm，效率超过96%。基于IPT原理的动态充电系统的输出功率纹波小于5%。CPT系统在150mm的距离内达到2.5kW的功率水平，效率超过92%。IPT和CPT的结合使系统效率进一步提高到了96%。
WPT是目前正在被积极研究和广泛商业化的热门课题之一。尤其是在移动电话充电器和固定式电动汽车充电器中，WPT在迅速成长，而RPEV近也引起了全世界的关注。人们普遍预计，WPT产业将在未来几十年持续增长。
不幸的是，从基础理论到工业应用，没有多少关于WPT的书籍能全面地解释这一课题。其中一个原因是WPT技术的快速发展。尽管作者的专业知识不能覆盖WPT的所有领域，但他们终决定在2016年写一本关于WPT的书籍，作为KAIST无线电力电子两年一次的讲座的教科书。Rim博士是这本书的主要作者，Chris Mi博士撰写了本书中的一章，同时审阅和编辑了整本书。
考虑到WPT的快速发展，本书将在几年内进行修订，但我们希望本书的第1版将提供富有成效的的技术见解，并有强有力的理论基础。本书可作为研究生或高年级本科生的教科书，也可作为工业工程师的设计与分析指导书。
作者希望这本书的读者了解到工程需要的哲学思想和基本理论。创新的理念和百年不变的发明来自对设计原理和实验的深刻理解。尤其是，工程师不应该过多地积累经验，也不应该低估理论。实际上，当涉及金属或磁心时，人们对WPT的磁场和电场估计还没有足够的理论基础。
本书部分简要介绍了移动电源、无线电源和电动汽车的概念。
第二部分阐述了IPT的耦合线圈模型、回转器电路模型、磁镜模型和通用统一动态相量等理论，后三种理论由Rim博士提出。这一部分对WPT初学者来说可能有些困难，读者可以跳过，直到强烈需要理论背景支持的时候再仔细研读。
在第三部分中，RPEV的IPT内容被广泛覆盖，使这一部分成为本书重要的章节。从RPEV的历史到OLEV-IPT，对I型和S型的技术以及具体的设计问题，如控制器、补偿电路、电磁场抵消、大容差设计和供电导轨分段等进行了广泛的阐述。第8章动态充电简介主要由KAIST前总裁Nam P.Suh撰写。
第四部分解释了电动汽车静态充电的IPT，大偏移量和电容充电问题及其解决的内容由Chris Mi撰写。该部分还介绍了一种可用于动态充电的异物检测技术。考虑到电动汽车充电的文献较多，由于本书的重点是移动电能的传输，因此本部分与动态充电的处理相比篇幅相对较小，但该部分列出的大量参考文献为对静态电充电感兴趣的读者提供了未涉及的更多细节。然而，静态充电的许多设计问题与动态充电的设计问题相似，因此本书第三部分的设计原则和问题可适用于该部分。请注意，反过来是不正确的，因为静态充电是动态充电的一种特殊形式，而动态充电不仅仅是静态充电的延伸。
在第五部分中，从耦合磁共振系统的回顾开始，介绍了IPT手机和机器人的移动应用，阐述了中远程IPT和偶极子线圈自由空间全向IPT，并讨论了机器人二维全向IPT。
第六部分阐述了无线核仪器和SMF等WPT的特殊应用，并展望了WPT的发展前景。
全书每章都包含一些问题和习题，这些问题和习题可能成为潜在的研究主题。
在不久的将来，包括人类在内的几乎所有有价值的物体都将连接到全球网络，这就是为什么物联网在运输、物流、证券、公共服务、家用电器、工厂自动化、军事、医疗保健、机器人、无人机和许多其他领域引起如此多的关注的原因。由于物联网包括传感器、通信设备和电源，因此WPT将在未来的物联网中发挥重要作用。考虑到传感器和通信技术相对成熟，可以说:
无线电能对物联网的未来至关重要。
由于这是本书的第1版，作者欢迎读者提出任何意见和评论，并将确保在未来版本中纳入任何必要的修改或修订。
作者们感谢所有帮助完成这本书的人。特别是，所呈现的大部分材料是作者及其研究小组其他成员多年工作的结果。感谢许多敬业的工作人员和研究生，他们为这本书做出了巨大的贡献并提供了支持材料。
作者们也要感谢其家人们，在写这本书的过程中他们给予了极大的支持和牺牲。
诚恳地感谢允许在本书中使用某些材料或图片等资源的机构和个人。虽然作者已尽努力获得允许使用公共领域和开放互联网网站上的材料，但如果遗漏了这些信息来源，作者们会为这种疏忽道歉，如果引起出版商的注意，也会在本书未来的版本中纠正这一点。本书中提及的任何产品或供应商的名称仅供参考，不得以任何方式解释为出版商或作者对此类产品或供应商的认可（或不认可）。
后，作者非常感谢John Wiley & Sons有限公司及其编辑人员给予出版这本书的机会，并以各种可能的方式提供帮助，还要感谢KAIST的Ji H.Kim先生，他为这本书手稿的编写和整理提供了帮助。
Chun T.Rim
Chris Mi
2017年1月1日

目录
译者序
原书前言
部分引言
第1章移动电力电子设备简介
1.1移动电力电子设备概述
1.2移动电力电子设备简史
1.3远距离移动式电能传输（MPT）
1.3.1射频电能传输（RFPT）
1.3.2光学电能传输（光学PT）
1.3.3绳系电能传输（绳系PT）
1.4小结
参考文献
第2章无线电能传输（WPT）简介
2.1WPT系统的一般原理
2.1.1WPT系统的一般配置
2.1.2WPT的一般要求
2.2感应电能传输（IPT）简介
2.2.1IPT的基本原则
2.2.2IPT系统的配置
2.3电容式电能传输（CPT）简介
2.4谐振电路简介
2.4.1不谐振IPT系统
2.4.2谐振IPT系统中的漏电感补偿方法
2.4.3谐振IPT系统中的线圈补偿方法
2.4.4谐振IPT中的其他补偿方法
2.4.5关于谐振电路的讨论
2.5小结
参考文献
第3章电动汽车（EV）简介
3.1电动汽车简介
3.1.1电动汽车的历史
3.1.2电动汽车的优缺点
3.1.3电动汽车的结构
3.2电动汽车的分类
3.2.1按能源或充能分类
3.2.2按部件分类
3.2.3电动汽车的应用
3.3电动汽车的技术和其他问题
参考文献
第二部分感应电能传输（IPT）理论
第4章耦合线圈模型
4.1简介
4.2变压器模型
4.3M模型
4.4T模型
4.5进一步讨论和结论
附录
参考文献
第5章回转器电路模型
5.1简介
5.2补偿电路的回转器表达
5.2.1具有无源元件的回转器的实现
5.2.2IPT系统中的回转器：谐振电路
5.2.3IPT系统中的回转器：耦合电感
5.2.4IPT系统中的回转器：包含ESR的情况
5.3纯虚数增益回转器的电路特性
5.3.1源型转换法则：电压到电流以及电流到电压
5.3.2终端阻抗转换法则
5.3.3无端接阻抗转换法则
5.3.4回转器合并法则：多个串联的回转器
5.4用本章中的方法对完全调谐的补偿电路进行分析
5.4.1V-SS电路
5.4.2I-SP电路
5.4.3V-LCL-P电路
5.4.4讨论
5.5用提出的方法分析失谐的补偿电路
5.6实例设计与实验验证
5.7小结
参考文献
第6章磁镜模型
6.1简介
6.2改进的磁镜模型线圈与开放芯板
6.2.1有限宽度的单线圈
6.2.2有限宽度的双线圈
6.2.3单线圈局部饱和度
6.2.4双线圈局部饱和度
6.3具有平行芯板线圈的改进磁镜模型
6.3.1单线圈和有限宽度的拾取线圈
6.3.2双线圈和有限宽度的拾取线圈
6.4实例设计和实验验证
6.4.1具有开放芯板的单线圈和双线圈的磁通密度
6.4.2单线圈和双线圈开放芯板上的磁通密度
6.4.3具有平行芯板的单线圈和双线圈的磁通密度
6.4.4在线电动汽车的现场测试
6.5小结
参考文献
第7章通用统一动态相量
7.1简介
7.2交流电路的复拉普拉斯变换
7.2.1复拉普拉斯变换理论
7.2.2统一通用相量变换
7.2.3复拉普拉斯变换在复电路元件中的应用
7.2.4复拉普拉斯变换在复电路中的应用
7.3复拉普拉斯变换电路的分析
7.3.1复拉普拉斯变换电路的静态分析
7.3.2复拉普拉斯变换电路的动态分析
7.3.3复拉普拉斯变换电路的微扰分析
7.4复拉普拉斯变换电路的仿真验证
7.4.1静态分析的验证
7.4.2动态扰动分析的验证
7.5小结
参考文献
第三部分道路供电电动汽车（RPEV）的动态充电
第8章动态充电简介
8.1RPEV简介
8.2OLEV的功能要求与参数设计
8.2.1OLEV的功能要求、参数设计和约束条件
8.2.2二次侧功能要求与参数设计
8.2.3设计矩阵
8.2.4功能要求与参数设计的建模
8.3道路供电电动汽车的前景讨论
8.3.1能源和环境
8.3.2道路供电电动汽车与电能供应
8.3.3道路供电电动汽车与插电式电池汽车
8.3.4电磁安全
8.4结束语：动态充电的必要性
参考文献
第9章道路供电电动汽车的历史
9.1简介
9.2RPEV无线电能传输系统基础
9.2.1无线电能传输系统的总体配置
9.2.2IPTS的基本原理
9.2.3IPTS的基本要求
9.2.4IPTS的设计问题
9.3RPEV早期的历史
9.3.1RPEV的起源：电气化铁路变压器系统的概念
9.3.2RPEV的首次开发
9.4OLEV的发展
9.4.1代(1G)OLEV
9.4.2第二代(2G)OLEV
9.4.3第三代(3G)OLEV
9.4.4第四代(4G)OLEV
9.4.5第五代(5G)OLEV
9.5OLEV的一些技术和经济问题
9.5.1广义有源EMF抵消方法
9.5.2交叉分段动力导轨(X-轨)
9.5.3OLEV的简要经济分析
9.6其他研究团队对道路供电电动汽车的研究趋势
9.6.1奥克兰大学研究团队
9.6.2庞巴迪研究团队
9.6.3ORNL研究团队
9.6.4韩国铁路研究院团队
9.6.5Endesa研究小组
9.6.6INTIS研究小组
9.7互操作IPT：第六代(6G)OLEV
9.8小结
参考文献
第10章窄幅单相供电导轨(I型)
10.1简介
10.2窄幅I型IPTS设计
10.2.1OLEV之前的设计
10.2.2IPTS I型供电导轨
10.2.3供电导轨设计
10.2.4拾取端设计
10.3全谐振电流源IPTS分析
10.3.1整体配置
10.3.2电流源IPTS
10.3.3传统的二次谐振IPTS
10.3.4完全谐振的IPTS
10.4方案设计与实验验证
10.4.1输出电压
10.4.2输出功率和效率
10.4.3空间功率变化
10.4.4电磁干扰
10.5小结
参考文献
第11章窄幅双相供电导轨(I型)
11.1简介
11.2dq型供电导轨设计
11.2.1传统I型IPTS的空间感应电压变化
11.2.2dq型供电导轨的设计与分析
11.2.3与I型供电导轨的对比
11.3IPTS的电路设计
11.3.1IPTS的功率电路
11.3.2功率电路相移分析