无线电能传输技术在消费电子产品、无人驾驶电动汽车、可植入医疗设备等产品中得到了广泛应用。本书介绍了磁耦合多线圈结构无线电能传输系统快速发展的历程，并重点阐述了多线圈WPT系统的结构、分析方法、建模手段及参数优化技术。 全书共7章，内容包括绪论、四线圈WPT系统输入输出端线圈匹配技术、多中继线圈WPT系统带通滤波器设计技术、多中继线圈WPT系统频率分裂分析方法、多发射线圈WPT系统高传输效率的参数配置技术、基于接收端反射电阻理论的多发射线圈WPT系统设计方法、多发射单接收线圈WPT系统优化电流和优化电压的电路方案。 本书可作为研究方向为无线电能传输的硕士、博士研究生和相关教师的参考书，也可作为本领域从事产品研发和生产的工程师的参考书。

近些年来，随着电力电子器件、功率变换技术、智能控制技术以及材料学的发展，磁耦合谐振式无线电能传输(WPT)技术得到了广泛的研究。 基本的磁耦合谐振式无线电能传输系统是由单发射单接收线圈、高频交流电源和负载构成的，线圈间的耦合系数随着传输距离的增大呈三次方反比例下降，因此两线圈结构WPT系统的负载获得功率和电能传输效率随传输距离的增大而明显下降。为了解决该问题，出现了能有效提高系统性能的插入多中继线圈的WPT系统。此外，对于多负载的应用场合，如同时对多个消费电子产品充电，需研究单发射多接收线圈WPT系统甚至多发射多接收线圈WPT系统的耦合特性、功率分配问题、系统效率问题、频率分裂以及线圈本身结构设计问题等。对于需要动态充电、全向充电和有效提高充电区域的场合，需研究多发射单接收线圈WPT系统以及多发射多接收线圈WPT系统，涉及的技术问题有系统效率优化、多馈电通路协调控制、能量与信息协同传输等。 根据上述技术发展，本书重点讨论了磁耦合多线圈结构无线电能传输系统的设计以及性能优化方法。书中不仅给出了理论知识，还通过严格的电磁仿真和实验测量验证所提出的理论，旨在为读者提供一本逻辑清晰、层次分明、系统性强的参考书。 全书共7章。第1章是绪论，主要介绍磁耦合无线电能传输技术的发展现状、磁耦合多线圈结构无线电能传输技术概述以及全书结构与内容安排；第2章是四线圈WPT系统输入输出端线圈匹配技术，主要介绍系统电路分析及相关的计算实例；第3章是多中继线圈WPT系统带通滤波器设计技术，主要介绍基于基尔霍夫电压定律和基于带通滤波器理论的系统分析，以及相应的数值计算与实验测量；第4章是多中继线圈WPT系统频率分裂分析方法，主要介绍系统特性分析、基于物理模型的理论阐释、实现预定目标的优化分析及相应的实验验证；第5章是多发射线圈WPT系统高传输效率的参数配置技术，主要介绍多发射单接收线圈WPT系统的理论分析及相关的数值计算与实验验证；第6章是基于接收端反射电阻理论的多发射线圈WPT系统设计方法，主要介绍基于接收端反射电阻理论的多发射线圈WPT系统的理论推导及相关的数值计算与实验验证；第7章是多发射单接收线圈WPT系统优化电流和优化电压的电路方案，主要介绍多发射单接收线圈WPT系统优化电流和优化电压的电路方案以及相应的理论计算和全波电磁仿真验证。 本书是多位作者通力合作的成果，其中，张金主笔了大部分内容，吕飞和刘飞负责起草大纲以及统稿工作。 在本书编写过程中，金陵科技学院电子信息工程学院的陈正宇教授和胡国兵教授给予了宝贵的意见和帮助，在此表示衷心的感谢。 限于编者水平，书中难免存在不妥之处，敬请专家、同行和读者批评指正。 著 者 2023年3月

第1章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 磁耦合无线电能传输技术的发展现状 2 1.2.1 国外磁耦合无线电能传输技术的发展现状 2 1.2.2 国内磁耦合无线电能传输技术的发展现状 4 1.3 磁耦合多线圈结构无线电能传输技术概述 5 1.4 全书结构与内容安排 11 本章小结 12 参考文献 12 第2章 四线圈WPT系统输入输出端线圈匹配技术 17 2.1 引言 17 2.2 系统电路分析 17 2.2.1 最大传输效率的分析 19 2.2.2 最大传输效率条件下设定负载获得功率的分析 21 2.3 计算实例 22 2.3.1 最大传输效率的计算 23 2.3.2 最大传输效率条件下设定负载获得功率的计算 25 2.4 模型实现与实验测量 28 本章小结 32 参考文献 32 第3章 多中继线圈WPT系统带通滤波器设计技术 34 3.1 引言 34 3.2 基于基尔霍夫电压定律的系统分析 34 3.2.1 传输效率特性 36 3.2.2 接收器中感应电流特性 37 3.3 基于带通滤波器理论的系统分析 42 3.3.1 基于两类滤波器模型的WPT系统 42 3.3.2 用带通滤波器理论分析的限制条件 46 3.4 数值计算与实验测量 50 3.4.1 源加载品质因数不等于负载加载品质因数的情况 51 3.4.2 源加载品质因数等于负载加载品质因数的情况 54 本章小结 56 参考文献 57 第4章 多中继线圈WPT系统频率分裂分析方法 59 1.1 引言 59 4.2 系统特性分析 59 4.2.1 电能传输效率特性 62 4.2.2 负载获得功率特性 64 4.3 基于物理模型的理论阐释 66 4.3.1 不共轴线圈间互感与耦合距离及角度的关系 66 4.3.2 插入一个中继线圈的WPT系统的物理模型实现 67 4.4 实现预定目标的优化分析 71 4.4.1 设定优化目标函数和约束条件 71 4.4.2 数值结果 72 4.5 实验验证 76 4.5.1 对插入一个中继线圈的WPT系统特性的验证 77 4.5.2 对插入一个中继线圈的WPT系统预设目标实现的验证 78 本章小结 80 参考文献 81 第5章 多发射线圈WPT系统高传输效率的参数配置技术 83 5.1 引言 83 5.2 多发射单接收线圈WPT系统的理论分析 83 5.3 数值计算与实验验证 87 本章小结 98 参考文献 98 第6章 基于接收端反射电阻理论的多发射线圈WPT系统设计方法 100 6.1 引言 100 6.2 基于接收端反射电阻理论的多发射线圈WPT系统的理论推导 101 6.2.1 基于基尔霍夫电压定律的系统分析 101 6.2.2 接收端反射电阻理论与基尔霍夫电压定律的对应关系 104 6.3 数值计算与实验验证 106 本章小结 116 参考文献 116 第7章 多发射单接收线圈WPT系统优化电流和优化电压的电路方案 119 7.1 引言 119 7.2 多发射单接收线圈WPT系统优化电流的电路方案 120 7.2.1 理论推导 120 7.2.2 数值分析 123 7.3 多发射单接收线圈WPT系统优化电压的电路方案 127 7.4 两种优化电路方案的分析与比较 129 7.4.1 两种优化电路方案的关系 129 7.4.2 两种优化电路方案的不同 130 7.5 理论计算和全波电磁仿真验证 132 本章小结 133 参考文献 134