摘要
摘要
近年来随着无线能量传输技术在微型供电系统中的优越性逐渐体现，由
于微型供电系统在水下和人体等复杂环境中，传统无线传输方式在体积与效
率的矛盾、涡流损耗等方面存在缺陷限制其应用。而磁电耦合技术具备尺寸
小、损耗低以及方向偏转性好等优势，能够在水下和人体等复杂环境中为用
电设备提供高效稳定的供电，因此磁电耦合技术在微型供电系统中具有很大
的应用前景。
针对传统无线能量传输方式存在缺陷造成效率低下的问题，本文提出基
于磁电耦合的无线能量传输系统来代替传统传输方式进行微型系统供电。首
先通过对磁电换能器和整体系统等效电路的组合和推导，分析计算螺旋线圈
在空间xyz三个方向上磁场强度比例系数的表达式，同时预测系统传输功率
和效率的表达式，并分析表达式中不同参数对系统传输效率的影响，来指导
后续发射线圈和磁电换能器的设计。
之后在此基础上对系统发射线圈、磁电换能器以及逆变电路等部分进行
仿真设计分析，首先对4种不同材质和尺寸的磁电换能器进行输出性能的测
试和对比，之后利用COMSOL有限元分析软件对系统激励线圈形状、线径、
绕制方式以及匝数匝间距等参数进行仿真分析，再对系统逆变电路进行主电
路和驱动电路设计，最后根据仿真和测试结果搭建实物系统。
在搭建好的实物系统基础上对系统各性能进行测试分析，首先对系统空
载状态下输出电压随输入电压和工作频率变化影响进行测试，之后对带载状
态下进行系统损耗分析，然后对xyz方向上系统效率的变化进行测试，与线
圈磁场强度比例系数变化趋势基本一致，之后进行系统稳定性分析，该系统
可以稳定输出0.4W功率，基本满足微型无线传输系统供电需求，最后对电
气与机电耦合宽频域和负载适应性优化进行验证分析，在不同负载和频率下
进行系统效率测试和对比分析。
关键词：无线能量传输；磁电耦合；磁电换能器；电气与机电耦合
I
Abstract
Abstract
Inrecentyears,thesuperiorityofwirelesspowertransfertechnologyinthe
micropowersupplysystemshasgraduallyemerged.Becauseofthecomplex
environmentinunderwaterandhumanbody,thetraditionalwirelesspower
transfermodeshaveseveraldefectssuchascontradictionbetweenvolumeand
efficiency,eddycurrentloss,etc,whichlimitsitsapplication.Magnetoelectric
couplingtechnologyhastheadvantagesofsmallsize,lowlossandgood
directionaldeflection,whichcanprovideefficientandstablepowersupplyfor
electricalequipmentincomplexenvironmentssuchasunderwaterandhuman
body.Therefore,magnetoelectriccouplingtechnologyhasgreatapplication
prospectsinmicropowersupplysystems.
Aimingattheproblemoflowefficiencycausedbythedefectsoftra