基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计

基于磁耦合谐振的无线电能传输技术在众多传输技术中具有传输距离适中和效率较好的优点。阐述了磁耦合谐振式无线电能传输原理并建立等效互感理论模型进行参数分析,进一步基于不对称半桥和LC串联谐振电路拓扑分析了开关管占空比变化对输出功率的影响。设计了一种小功率无线电能传输系统,并通过仿真和实验,验证了理论分析和系统设计的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究

磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术,与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高、条件要求低等明显优势,目前国内对此技术的研究大都处于探索阶段。为了准确把握技术核心以及关键点,本文首先建立了无线电能传输模型,并在此基础上利用互感原理和耦合理论对传输效率进行了推导,得出了谐振频率、线圈互感、线圈品质因数等影响传输效率的关键因素。随后,通过大量实验验证了上述理论分析结论,并且对理论推导结论中未体现的因素进行了实验探索,所得结果对原有理论进行了有益补充,在实验室条件下实现了传输效率为60%、接收功率为2W的电能传输。另外,在对发射谐振频率和接收谐振频率与系统谐振频率的关系分析中,利用互感理论解释了接收端谐振频率与系统谐振频率相同的必要性。最后,总结了在磁耦合谐振式无线能量传输技术应用过程中提高传输效率和有效传输距离的若干方法。     

存在金属障碍物无线电能传输特性分析

无线电能传输技术是特种机器人实现轻量化可持续工作的关键技术。通过磁耦合谐振式无线充电时，须考虑金属障碍物对无线电能传输系统影响。将金属涡流效应等效互感耦合电路，通过耦合电路理论对传输系统建模。推导出电压增益系数传输方程，以及金属障碍物对传输系统的能量损耗表达式。随着耦合系数的变化传输系统依然存在频率分裂，临界耦合、过耦合和欠耦合情况。在给定传输系统参数下，临界耦合系数Kc=1.54×10-4，当存在存在金属障碍物时，K′c=1.09×10-2。金属障碍物导致无线传输系统电压增益减少，谐振频率偏移，耦合系数增大，耦合性能下降。通过仿真得到该系统存在金属障碍情况下输出电压的变化。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计

分析并设计实现了一种基于脉冲驱动的磁耦合谐振式无线电能传输系统.介绍并阐述了磁耦合谐振式无线电能传输技术原理及其优越性.分析了脉冲驱动式磁耦合谐振无线电能传输系统中脉冲驱动频率fs及脉冲驱动占空比Don等相关参数对系统传输效率、功率的影响.对所提出的无线电能传输系统进行实验测试,实验结果表明,需综合考虑上述相关参数,以达到传输效率、传输功率的最优化设计.实验结果表明了理论分析的有效性.     

并联LCL补偿在移动式无线电能传输中的应用

传统静止式电动汽车无线电能传输技术存在充电区域受限、充电时间过长等缺点。为解决这一问题,提出一种多线圈并联式电动汽车无线技术,能够实现电动汽车在行驶的同时进行充电,提高了电动汽车的续航能力。系统采用多个初级线圈并联的拓扑,在无需充电时,可关闭对应初级线圈的供能,减小不必要的功率损耗。此外,运用LCL谐振补偿,实现初级线圈电流恒定特性。通过分析互感与位移变换规律,设计了移动式无线充电耦合结构,能够实现车辆在多个线圈间行驶时,保持传输功率的稳定。仿真与实验结果表明所提出的多线圈并联式电动汽车无线技术,能实现功率的稳定传输,提高传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与仿真

在无线电能传输的几种方式中,磁耦合谐振式无线电能传输比较适用于中等距离的中小功率电能传输。本文建立了磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感模型并进行理论仿真分析,总结了无线电能传输系统中常用的产生高频功率信号的方式,并给出了一种高效率的自激振荡电路。最后对无线电能传输系统的提升与优化的部分研究进行了相关总结。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。     

电动汽车无线充电新型DD耦合机构设计与优化

基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。     

磁共振模式无线电能传输系统建模与分析

针对磁共振模式无线电能传输系统功率和效率计算问题,利用互感耦合模型,对磁共振模式电能传输系统的4种拓扑进行分析,得出了系统的传输功率及其计算模型,并进一步分析了系统传输效率与线圈谐振频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系,为磁共振模式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。为验证理论分析的正确性,制作了一个磁共振模式无线电能传输装置,该装置实现了80 cm内60 W的无线能量传输,且传输效率达到了52%。     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

全方向无线电能传输电磁耦合系统仿真分析

近年来,全方向无线电能传输技术由于具有位置鲁棒性好、安全可靠性高和环境亲和力强等独特优势,受到国内外研究机构和科研院所的广泛关注。高性能的电磁耦合系统作为全方向无线电能传输系统的关键环节,对实现高效的系统能量传输有着至关重要的作用。首先,运用电路理论建立了全方向线圈结构的等效电路模型,得到系统输出电压和输出功率的表达式,并给出了系统激励源的控制方案;其次,对全方向无线电能传输的充电场景进行分析,分析了三维正交圆环形线圈结构方案的弊端,提出了正方体线圈结构方案;最后,建立两种磁耦合线圈结构方案的数学模型,得出互感与接收线圈的位置、充电场景和旋转角度的关系。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为全方向无线电能传输电磁耦合系统的设计提供了参考和借鉴。     

无线电能传输中的高频阻抗匹配特性分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。阻抗匹配技术在无线电能传输中广泛使用,用以增加传输距离,提高传输效率,使负载获最大功率。常规变压器适于在低频下作阻抗匹配,高频时磁芯容易饱和发热,降低传输效率。使用传输线原理绕制的变压器通过线间电感和电容耦合传输能量,可用于高频传输,亦可在无线电能传输系统中使用。文章分析了无线电能传输阻抗匹配原理,分析了传输线原理绕制的变压器匹配特性,使用高频变压器进行了无线电能传输的比较实验。实验结果表明高频变压器可用于无线电能传输,匹配得当时,增加传输距离的同时,可保持传输效率和最大输出电压,是提高无线电能传输性能的一种可选方法。     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

Design and optimization of hybrid resonant loops for efficient wireless power transfer

Frequency splitting, caused by magnetic overcoupling, is a great challenge in resonant wireless power transfer, which leads to decrease of transfer efficiency. In this paper, to avoid the frequency splitting, a new design of hybrid resonant loops with an inner coil positioned in the transmitter is proposed for efficient power transfer. It is shown to suppress dramatic variation of mutual inductance when the distance between transmitter and receiver decreases. Analytical expressions of the mutual inductance and the transfer efficiency for the proposed resonant wireless power transfer system are calculated. To obtain a relatively uniform mutual inductance with respect to the distance, the proposed resonant loops are optimized. Simulation and experiments are also performed to validate the effectiveness of the proposed resonant loops in eliminating the frequency splitting. The transfer efficiency remains higher than 80% when the transfer distance decreases below a critical value where frequency splitting occurs for conventional resonant loops. Furthermore, lateral and angular misalignments between the resonant loops are also considered and investigated. The results indicate that the proposed resonant loops are also applicable in suppressing the frequency splitting even in case of misalignments.     

阵列式无线能量传输系统的准静态电磁特性

磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种实现非接触电能传输的新技术,由于其相对于松耦合感应技术具有高传输功率和远传输距离等优势,成为了目前电气工程领域的一大研究热点。针对电动汽车和轨道交通车辆等大功率对象动态无线充电的应用趋势,根据准静态下的麦克斯韦数学方程,利用有限元电磁仿真软件,建立了多发射线圈阵列式磁耦合谐振式无线电能传输系统的三维仿真模型,通过实验测试验证了仿真模型的可靠性。在此基础上,通过有限元分析的方法研究了准静态下不同系统结构时接收端负载电压的稳定性及系统的电磁场分布特征,为电动汽车和轨道交通车辆动态无线充电系统结构的设计提供一定的理论参考。