无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型

在电动汽车无线电能传输系统（WPT）中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76 μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03 μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。     

邻近耦合无线电能传输系统的高效屏蔽设计与优化

在无线电能传输技术的实际应用中,当多个距离相近的无线电能传输系统同时工作时,系统间漏磁场引起的耦合会对周围的电磁环境产生影响,干扰系统谐振参数,进而降低系统工作效率。针对此问题,文中设计了一种谐振屏蔽线圈以消除系统间邻近耦合,分析了其工作原理及其对改善邻近耦合和传输效率的影响。通过仿真及实验,研究了线圈形状及匝数对屏蔽效果的影响,并对屏蔽线圈进行了结构优化。结果表明,方形密绕线圈屏蔽效果较好,可有效降低系统间邻近耦合造成的参数扰动,有助于系统调谐以提高邻近耦合下的系统传输效率。     

谐振式无线供能心脏起搏器多线圈无功屏蔽研究

为降低心脏起搏器无线供能系统的漏磁场对人体的伤害,该文提出一种150kHz条件下谐振式多线圈无功屏蔽心脏起搏器无线供能系统。建立LCC-C的补偿电路模型,通过研究谐振无功屏蔽线圈原理,仿真研究三种屏蔽线圈环路、匝数的磁场分布和传输效率,以及人体半身模型的电磁-温度场分布,确定了屏蔽线圈的最优环路和匝数。实验结果表明,在3环-5匝最优屏蔽结构下,距中心点35mm处的磁通密度减小了20.22%,传输效率可达76.03%,此时体内温升为1.01℃,符合植入式器件安全规定。所设计的多线圈无功屏蔽结构能有效降低无线电能传输（WPT）系统的漏磁,为植入式器件无线供能系统设计提供了一种新思路。     

自动导引车感应充电系统目标三维空间漏磁屏蔽

自动导引车(AGV)感应充电系统的漏磁危害生物体健康,干扰电磁敏感设备正常工作.为解决漏磁问题,提出一种降低目标三维空间磁感应强度最大值的无源屏蔽线圈等效电抗优化方法.该方法将目标三维空间均匀划分为若干目标点,遍历屏蔽线圈等效电抗,使得目标点的磁感应强度最大值最低,即可得到屏蔽线圈最优等效电抗.首先,推导得到含屏蔽线圈...     

具有目标面最优磁屏蔽效果的IPT谐振式无功屏蔽系统研究

感应电能传输系统的漏磁会威胁人体安全,干扰电子设备。为最大限度减少漏磁,基于谐振式无功屏蔽的研究,提出一种优化屏蔽线圈等效电感的方法。首先,基于串串拓扑,建立目标面磁感应强度平方和与等效电感的函数关系,以磁感应强度平方和最小为目标推导出最优电感表达式,发现最优电感与输入电压、输出电压、屏蔽线圈匝数有关;然后,利用磁感应强度平方和表达式,优化输入电压与输出电压,利用有限元仿真,优化屏蔽线圈匝数,进而确定最优电感;最后,搭建功率为500W的实验样机,选取3组屏蔽参数与无屏蔽工况进行对比实验,结果表明,磁屏蔽效果会随等效电感的减小先减小后增大,等效电感为最优电感时测量点的磁感应强度平方和约占无屏蔽工况时的16.05%。此外,该方法对原系统几乎无影响,效率仅变化0.177%。     

基于双边LCC拓扑结构的无线充电系统集成线圈设计研究

双边LCC拓扑结构为电动汽车无线充电提供了一种高效的补偿方法,然而两个补偿线圈占据了很大的体积。为了解决电动汽车无线充电系统体积增大问题以及提高系统传输效率,文中提出了一种新型集成线圈的方法,将双极性补偿线圈集成到单极性主线圈中,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,通过优化补偿线圈的长宽比来消除系统中的多余耦合系数,从而提高系统的传输效率。通过实验结果表明,采用该集成线圈方法的无线充电系统受两侧线圈的水平或垂直方向偏移的影响较小,此时系统传输效率较高。     

电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽研究

为了降低电动汽车无线充电过程中车身周围的磁感应强度,本文提出了一种有源线圈屏蔽的方法.首先,建立了有源磁屏蔽系统和无线充电系统的联合模型,推导了有源磁屏蔽系统的理论方法及设计步骤.然后,通过有限元仿真验证了该有源磁屏蔽方法的有效性,最后,设计了一套3.3 kW无线充电系统的有源磁屏蔽台架,成功实现了电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽,并通过进一步优化有源磁屏蔽线圈中的电流幅值和相位,实现了最佳的有源磁屏蔽效果,证明了该有源磁屏蔽理论及设计方法的有效性.     

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%。     

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。     

无线电能传输系统传输距离及传输效率分析

运用电路理论,推导出四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的表达式,并分析了影响传输效率的主要因素。当线圈结构参数选定时,源线圈与发射线圈之间的距离和接收线圈与负载线圈之间的距离成为无线电能传输系统传输距离变化时影响传输效率的关键参数。采用差分进化算法对影响因子进行优化,该方法使得四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统在传输距离发生变化时能动态调整提高传输效率。最后,通过仿真验证了此方法的正确性。     

由复合屏蔽层构成的电动汽车无线充电磁耦合器

磁耦合器作为无线充电系统的核心部件,由能量发射线圈、能量接收线圈和电磁屏蔽层组成。目前在屏蔽层中使用大量的铁氧体和铝材以增强系统的耦合性能并且减少电磁泄漏,这造成了磁耦合器体积大、重量重、成本高,另外铁氧体还存在着易碎易饱和等问题,严重制约了电动汽车无线充电技术的推广和应用。为了解决上述问题,提出了一种由铁基纳米晶带材、铁氧体和铝箔构成的复合屏蔽层,在详细分析纳米晶带材特性的基础上,给出了纳米晶带材的前置处理工艺,利用Maxwell等仿真软件,从线圈静态参数的对比、铁氧体饱和状态的改善以及屏蔽效能和抗偏移能力等多方面阐述了复合屏蔽层的优势。最终搭建实验平台并加以验证。     

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。     

电动汽车无线充电系统磁耦合线圈耦合系数的研究

针对电动汽车无线充电系统磁耦合线圈之间耦合系数小、存在偏移的问题,对磁耦合线圈的耦合系数进行了研究分析。首先根据无线充电系统串-串补偿模型,分析了耦合系数与传输功率和传输效率之间的关系。其次,比较了不同形状的线圈在相同围绕面积的条件下,耦合系数随线圈间气隙距离和偏移的变化。以圆形-圆形线圈为例分析了线圈内部参数变化对耦合系数的影响。最后,对比分析了圆形线圈增加磁芯时对耦合系数的影响。研究结果证明了所提方法的有效性。     

自动导引车无线充电系统中发射线圈优化设计

为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题,提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路,推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系;其次对平面环形线圈进行等效建模,得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式;然后在特定接收线圈下,利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系,并在自动导引车的充电距离下,优化设计了发射线圈的内外半径;最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明,优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率,从而验证了所提设计方法的正确性。     

基于粒子群算法的谐振式无线输能网络优化

对于电动汽车的谐振式无线输能电路的系统结构,由于存在多个参数,并且如今还没有一套成熟的参数选取的理论来保证整个系统处于理想的工作状态.为了提高和优化系统的传输功率和传输效率,选用了粒子群优化算法进行优化.首先推导了SPSP结构的无线输能主电路及传输效率和传输功率的公式,然后用一般的方法进行取值,针对传统方法随机性强的缺点,建立了功率传输结构的优化模型,最后进行仿真优化.仿真结果表明,粒子群优化算法可以优化复杂的功率传输结构,并且使传输功率和传输效率达到所需要的理想值.     

带E类功放的磁耦合谐振无线输电系统源线圈优化

首先为磁耦合谐振式无线输电系统设计了一款E类功放作为系统输入端电源。鉴于E类功放性能易受负载参数影响,通过优化无线输电系统源线圈结构来降低因E类功放特性造成的系统性能下降。提出了三类源线圈结构,在多负载情况下分别测试负载两端电压变化情况,对比研究各结构下负载间耦合情况对负载电压的影响和各结构下系统的传输效率。研究发现多源线圈单谐振结构能通过利用负载间的耦合来降低由磁场分布引起的负载电压变化。而在E类功放下,串联型分立的多源线圈多谐振结构易造成系统性能下降,负载间耦合对负载影响也十分明显。     

电动汽车无线电能传输系统建模与电磁安全评估

从线圈结构和双边LCC补偿拓扑两方面开展了无线电能传输系统的优化设计,以实现指定的输出功率和最高的传输效率。为了研究无线充电环境中电磁场对人体的影响,通过三维电磁场仿真软件构建了一个完整的电磁环境仿真系统,包含了无线充电系统、电动汽车和具有重要器官的人体模型。模拟了以下7个场景：成人站在电动汽车后面;成人坐在电动汽车的左前、右前、左后和右后方;成人躺在电动汽车后面;儿童躺在电动汽车后面（最坏情况）。仿真结果表明,对于22kW的高功率无线充电环境,躺姿势儿童的心肺和躺姿势成人的心脏超出了国际非电离辐射防护委员会规定的感应电场基本限值。由于车辆外壳的屏蔽和人体与利兹线的距离,坐在车内的场景对人们是安全的。