电磁感应式无线电能传输系统一次电流效率优化配置

电磁感应式无线电能传输系统在包含多个接收模块时通过保持一次侧发射线圈电流恒定可以实现多个二次侧接收模块间控制的解耦.当接收模块通过DC-DC控制输出电压时,一次线圈电流可以在一定范围内灵活设定,这也带来了效率优化的空间.该文建立一次电流与电磁耦合机构效率之间的定量关系,得到效率最大的一次线圈电流最优值.基于系统参数进行不同一次线圈电流下耦合机构效率的计算.搭建无线电能传输仿真系统和实验平台,仿真系统的耦合机构效率测量结果与理论计算结果相同,实验测量的效率变化规律和最大功率点也与计算及仿真结果基本一致,从而验证了提高无线电能传输系统电磁耦合机构效率的一次线圈电流优化方法的有效性.     

基于混合补偿网络和双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统研究

感应式无线电能传输(inductive wireless power transfer, IPT)不可避免地受到磁耦合机构偏移的影响。在磁耦合机构发生偏移时,为了使无线电能传输系统仍能具有一定的恒流输出能力,提出一种基于双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统。首先,将LCC-LCC 和LC-LC补偿网络进行输入串联和输出串联,组成双边LCC-LC串联混合补偿网络,并研究其传输特性。其次,设计了一种与满足混合补偿网络要求的双层正交DD(double-layer quadrature DD, DQDD)磁耦合机构,该机构在x、y方向发生偏移时,能实现线圈间的解耦。接着,提出一种系统参数配置方法,通过参数配置可以在磁耦合机构发生一定的偏移时,实现输出电流在开环状态下保持稳定。最后,通过搭建实验平台,验证了以上理论分析的正确性和可行性。     

无线电能传输磁耦合系统损耗优化

在不含磁芯的无线电能传输WPT（wireless power transmission）系统中，由磁耦合系统引起的损耗是系统损耗的主要组成部分之一，而磁耦合系统的损耗由接收线圈、发射线圈的电阻以及流经收发线圈的电流所决定。结合串/串S/S（series/series）补偿拓扑无线电能传输的电路响应特性，分析磁耦合系统的线圈感量、线圈电阻与线圈匝数的关系，提出了根据发射、接收线圈电流工况调整收发线圈匝数的磁耦合系统线圈匝数组合优化设计方案。绕制3组不同匝数组合的收发线圈（含优化匝数组合及两组对照匝数组合线圈）用以验证优化方案的可行性。仿真及实验结果均表明：在相同工况下，优化组合方案的线圈总损耗均低于对照组，且整体样机的效率均高于对照组。     

基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统存在的能量发射侧与接收侧需同向对准问题,该文提出一种基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统。新型磁耦合装置原边采用3个共面正六边形发射线圈,控制其激励电流幅值相等、相位互差120°,可在发射线圈上方生成空间旋转磁场,提供全向能量传输通道。该磁场的主磁通在水平面内旋转,与垂直于发射线圈平面的空芯接收线圈形成有效耦合,使磁场工作区域远离无人机机身。搭建实验平台,以系统能量传递功率和效率作为评价指标,验证系统应用于无人机无线电能补给的有效性。实验结果表明,在设计区域内,接收线圈旋转任意角度时,均可实现高效传能。     

直流高压开关柜用无线电能传输系统优化研究

直流高压开关柜在线温升监测系统不能采用电流互感器从高压直流输电线路上取电为自身供电.首次提出将无线电能传输技术用于直流高压开关柜在线温升监测系统,利用无线电能传输系统原、副边电气隔离的特性,极大简化了绝缘系统设计难度.论述了四种经典耦合机构的优缺点,阐明了其在本应用中的适用性,对比分析了利兹线线圈和印制电路板线圈的交流电阻,推导了S/S和LCC/S补偿拓扑原边线圈电流的表达式,分析了采用这两种补偿拓扑的无线电能传输系统在低耦合系数时的损耗.根据理论分析结果,确立了"平面方形耦合机构+利兹线线圈+LCC/S补偿拓扑"的方案,搭建样机验证了理论分析的正确性.     

基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输系统

针对电动汽车进行静态无线充电时，发收机构相对偏移偏转会导致耦合系数和传输能效性急剧下降的问题，该文提出一种基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输（WPT）系统，该系统发射机构采用双层正交DD(DQDD)线圈，接收机构采用交叠式DD(OLDD)线圈。首先，给出空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律，并分析了发射机构激发磁场的分布特性；其次，构建基于双路逆变器-单路整流器的LCC-S补偿网络拓扑，并推导具有发射激励电流恒定特性以及系统输出电压不受负载影响的谐振参数配置条件；然后，给出一种将最大耦合系数作为期望目标的磁场调控策略；最后，通过实验样机验证了所构建耦合机构的抗偏移偏转性能。实验结果表明：在水平面±70%的偏移范围内，输出功率维持在1.8 kW左右，系统效率不低于88%。     

基于正交DD线圈副边去耦合干扰的双负载无线电能传输系统

在双负载无线电能传输系统中，副边线圈之间的耦合干扰问题成为制约系统性能的重要因素。为此，提出一种单发射-双接收磁耦合机构，旨在解决两个副边线圈之间的耦合干扰问题，并通过原边线圈的设计实现两个负载获得相同的能量输出。在不采用屏蔽材料和控制方法的情况下，该机构仅通过线圈结构设计即可实现两个副边线圈的完全解耦。实验结果表明，采用该机构的无线电能传输系统在双负载情况下，两负载互不影响且系统能量传输效率可达88.7%。     

任意空间位置线圈的互感计算方法

磁耦合谐振式无线电能传输技术通过空间分离线圈之间的电磁耦合实现电能的无线传递,耦合线圈尺寸的不同和相对位置的变化会引起线圈间的互感变化,继而影响无线电能传输系统的特性。以常见的矩形截面空心线圈为分析对象,对任意空间位置线圈间互感的计算方法进行研究,通过纽曼公式和细分求和法推导了互感的理论计算公式,为静态和动态无线电能传输系统的设计提供支持。在耦合线圈具有不同轴向距离、径向偏距及旋转角度等空间位置情况下,公式编程计算和实验测量结果都具有一致性,证明了计算方法的正确性。     

磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件,具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理,总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择;然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围;最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。     

锥形线圈无线电能传输特性优化

锥形线圈具有平面螺旋线圈与柱形螺旋线圈的综合特性,可用于无线电能传输系统中的磁耦合机构。本文首先基于电路理论建立模型,推导出磁耦合机构参数与系统输出参数的关系;然后利用Maxwell软件,从磁感应强度与互感的角度分析与比较传统平面螺旋线圈与圆柱螺旋线圈,提出匝间距不同的两种锥形线圈,两种线圈分别使用铁氧体板及铁氧体条;最后搭建无线电能传输系统实验样机。实验与仿真结果表明,与柱形螺旋线圈相比,锥形线圈结构作为发射线圈时,接收线圈在偏移距离为0～75mm内可获得最高达85.5%的电能传输效率,最高提升4.9%;偏移距离为0～50mm内输出功率也较高,最高达264W,提升15.3%。     

应用于无线电能传输系统的三相单开关功率因数校正方法

为降低无线电能传输系统工作过程中对电网的谐波污染,提出了一种采用三相单开关Boost电路的有源功率因数校正控制方法。通过对串联谐振式无线电能传输系统的有源功率因数校正电路工作条件的分析,研究了线圈耦合系数对有源功率因数校正控制效果的影响。利用三相单开关Boost电路的输出特性和串联谐振电路的阻抗特性规律,对系统在变耦合系数情况下的工作点进行校正,实现较高功率因数输入和相对高效率的输出。实验结果表明,所提出的校正控制策略对变耦合系数无线电能传输系统有减小输入电流畸变、提高功率因数和效率的控制效果。     

无线电能传输磁耦合结构分析与优化

无线电能传输技术是运用电磁感应原理实现电功率从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术。磁耦合结构作为其关键组件,因其固有的松耦合特性,导致它是无线电能传输系统实现高效、大容量、安全稳定地传输电功率的瓶颈。文中介绍了磁耦合结构的性能特点,对空间两平行位置的环形线圈磁耦合结构进行详细地分析并对当接收线圈半径固定为0.25m,提离高度固定为0.2m的环形线圈磁耦合结构进行了优化,包括发射线圈大小,发射侧和接收侧磁心大小、厚度和形状等结构参数的优化。     

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...     

一种新型空间无线电能传输系统耦合机构设计

传统正对平面线圈在进行无线电能传输时其电能拾取效率会随耦合机构间相对偏移的角度增大而迅速降低,空间无线电能传输系统则可以很好地解决这个问题.虽然目前国内外空间无线电能传输系统的耦合机构解决了相对偏移的问题,但接收机构只能以特定的轨迹和绕行方式进行相对均匀的功率接收,并非真正意义上的高自由度.本文提出了一种新型的空间无线电能传输系统的耦合机构,该耦合机构由单电源供电,可以实现接收机构高自由度且均匀的功率拾取.提出低耦合路径理论用于分析发射机构,利用Ansys Maxwell进行磁场仿真验证了磁场的均匀度.通过提出低耦合区域理论选取最适合发射机构的接收机构.最后搭建实验平台对耦合机构能量传输的均匀度和自由度进行了验证,实验结果说明接收线圈在保证高自由度接收的前提下接收电压数据集标准差小于1,即系统可以进行高自由度且较为稳定的功率传输.     

应用于双负载同步供电的双频无线电能传输系统

为了实现无线供电系统同时为多个设备同步供电,该文设计了一种双频磁耦合谐振式无线电能传输系统和一种叠式双圆形线圈结构。主系统可实现大功率能量传输,其谐振频率设为85kHz;辅助系统则可作为小功率传输通道或信号传输通道,其谐振频率为30k Hz。建立双频无线供电系统的等效电路模型,并推导了其数学模型。针对重叠的线圈之间较强的交叉耦合问题,分析了系统的电感、谐振频率对线圈交叉耦合产生的干扰影响,通过在线圈上串联滤波电感并合理匹配谐振频率的手段有效抑制因线圈交叉耦合产生的电流谐波。最后,搭建双频磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验平台,成功为40Ω电阻和5Ω电阻负载实现同时供电,通过实验结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

基于三维磁场分析的松散耦合变压器分析及优化设计*

松散耦合变压器作为感应耦合无线电能传输系统的核心部件,其设计的好坏直接决定无线电能传输系统的性能.为此基于三维空间结构的有限元分析方法,分析单面双绕组结构耦合变压器空间磁场的分布特性,同时通过测量数据,探讨线圈宽度、线圈径长、磁芯长度、磁芯间距及磁芯条数与耦合系数的关系,并对其进行优化,以提高系统的耦合能力,最后给出松散耦合变压器最优的设计参数.     

电磁耦合谐振式电能传输系统的线圈优化设计与验证

无线电能传输技术可以克服许多有线电能传输方式的不足,如何对线圈进行合理设计及优化是无线电能传输系统设计的关键问题之一。采用有限元方法,对不同结构的发射、接收线圈参数进行分析求解,找到最优的线圈形式,并进行实验验证。搭建电磁耦合谐振式电能传输平台,通过实验研究频率、电压、电流、传输效率等参数,并引入距离变量和模型化分析,得出最大化传输效率的方案,使系统在不同负载下的传输效率均保持在最佳水平。     

耦合谐振式无线电能传输系统的线圈优化

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时,由于存在理论偏差和实际损耗,其传输效率会随着传输距离的增大而急剧减小。因此如何有效地提升发射端与接收端的耦合系数,设计最优的线圈结构以提高传输效率,对研究磁耦合谐振式无线电能传输系统有着重要的理论意义和实用价值。本文采用耦合模理论对系统进行建模,在COMSOL软件平台下,对磁耦合谐振式系统的线圈结构进行了仿真分析,初步得到不同结构的线圈对系统传输效率的影响,在此基础上,提出了在固定线圈距离时线圈参数优化的方案。     

不同拾取端的动态无线电能传输系统研究

为研究不同拾取端对动态无线电能传输系统的影响,首先使用诺以曼公式对互感进行数值分析,以探究耦合机构互感的变化对系统的传输效率和拾取端电压影响;再通过等效电路模型与基尔霍夫方程式,建立动态无线电能传输系统的数学模型,提取出系统传输效率与品质因数、耦合系数、负载和邻近线圈电阻值的关系式;最后通过制作不同拾取端的耦合机构,包...     

基于三维电磁仿真软件的无线充电耦合机构建模与仿真研究

针对电动汽车无线充电技术,考虑发射线圈和接收线圈发生径向偏移的情况,基于两线圈结构的串串型拓扑,通过三维电磁仿真软件Maxwell来对比圆形、矩形和DD型线圈的抗偏移性能。通过添加磁芯和铝板等对所选线圈进行优化设计。借助Maxwell和Simplorer实现联合仿真,验证该无线电能传输系统设计的可行性。在两线圈间发生偏移的情况下,为实现无线电能传输系统的传输效率达到95%以上的目标,给出了一种基于线圈比较选择的磁耦合机构设计流程,并根据流程设计了切实可行的无线电能传输系统。通过试验验证了该系统的可行性。