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。     

巡检机器人无线充电线圈偏移容忍力改善研究

为了解决巡检机器人无线充电时两耦合线圈偏移导致耦合系数下降速度过快的问题,提出一种发射和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立感应耦合式电能传输系统等效模型,得到传输效率与线圈互感和内阻的关系,并利用有限元仿真软件得到圆形和方形线圈间耦合系数在不同偏移失调情况下的变化曲线。然后推导出圆形线圈间耦合系数与半径比和距径比的关系,根据该关系和限定条件得到优化后圆形和方形线圈尺寸。最后绕制线圈进行实验验证,对比发射线圈优化前后对耦合系数和传输效率的影响。实验结果表明:优化后线圈可以明显减缓耦合系数的下降,提高系统传输效率,验证了所提设计方法的正确性。     

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。     

基于双耦合线圈的无人机轻量化无线充电耦合机构设计

针对中大型无人机无线充电需求，设计了一种双耦合线圈无人机无线充电耦合机构，该耦合机构在满足无人机接收侧轻量化设计的同时，具有较高的传输能效与一定的抗偏移能力。双接收线圈安装在无人机双侧底部支架位置，双发射线圈安装在与无人机支架倾斜角度相同的梯形发射平台上，以减小无人机大范围偏移，同时采用顺向串联的形式，保证无线充电的均匀性。采用串联-串联S-S（series-series）补偿结构，运用有限元仿真，对比分析耦合线圈不同参数对传输效率的影响，以轻量化为原则对耦合线圈进行优化设计。通过搭建无人机无线充电实验系统进行验证，结果表明，该耦合机构可有效地对无人机电池以1.2 kW功率进行充电，传输效率为95.554%，无人机侧耦合机构质量为320 g，符合无人机耦合机构轻量化设计需求，且具有一定的抗偏移能力。     

含金属异物的无线充电系统场域等效建模分析

无线充电系统中,电能传输遵循发射线圈和接收线圈之间的磁耦合关系。当发射线圈和接收线圈之间存在金属异物时,异物的涡流或聚磁效应将会影响无线充电系统的传输性能与运行稳定性,严重时还会危害充电安全。为了厘清不同材质金属异物对无线充电系统性能的影响机理,有效分析异物的影响规律,迫切需要一种精确的金属异物建模方法,提高金属异物的检测精度。为此,文中计及金属的材质、位置、等效面积等关键因素,提出一种金属异物场域等效建模方法,通过构造金属异物影响下的无线充电系统耦合方程,对比得到异物引入前后发射线圈电流和接收线圈电流间的相位差表达式。在此基础上,进一步提出了铁磁性金属与非铁磁性金属的等效线圈模型及其参数配置方法,可精确得到金属异物介入条件下的电流相位差值。最终通过仿真与实验验证了建模方法的准确性与有效性,为无线充电系统中引入金属异物的特性分析与在线检测提供了一种新思路。     

动态无线充电的软开关及控制策略研究

电动汽车动态无线充电技术,即在行驶路面间隔铺设一系列能量发射线圈,在电动汽车上安装能量接收线圈,对行驶中的汽车持续充电,从而增加电动汽车的续航里程。逆变器的软开关技术能够很大程度上减小系统损耗,对于动态无线充电系统而言,耦合系数的动态变化和次级后级DC/DC变换器均会对逆变器开关管的工作状态造成影响。分析了系统工作原理和逆变器软开关的实现条件。通过在次级后级DC/DC变换器采用双闭环控制策略,在提高动态无线充电系统输出功率和传输效率的基础上,保证初级逆变器工作于软开关状态。搭建了动态无线充电系统实物平台,验证了动态无线充电系统中的软开关及高输出功率和传输效率的特性。     

动态无线电能传输系统多接收线圈正反串联结构的互感计算与优化

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作.为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率.首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性.结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81％.     

分段导轨式动态无线充电系统电压波动性研究

分段导轨式动态无线充电过程中互感波动引起系统输出电压波动,为此采用双极性原边发射线圈和副边双接收线圈以降低充电过程中副边线圈途经导轨交界处的互感波动,保证系统输出电压稳定.首先对分段导轨式动态无线充电系统中2种状态所对应的电路进行建模分析,得出双接收电路的输出特性,接着基于麦克斯韦方程组对磁耦合机构进行优化设计使磁耦合...     

基于LC/S补偿的电动汽车动态无线供电拓扑

针对电动汽车在行驶过程中,接收端偏移导致供电功率剧烈波动,影响供电连续性和稳定性的问题,从平缓传输功率波动的角度出发,提出一种基于电感-电容/串联(LC/S)补偿的双发射供电拓扑结构,利用双发射结构中耦合系数互补的特点,降低偏移距离对功率波动的影响。最后搭建12 W实验平台来验证所提方法的有效性,在整个动态供电过程,系统的输出功率波动范围在10%以内,传输效率达到78%,验证了理论仿真的正确性和供电拓扑结构的有效性。     

移动式无线供电系统电磁耦合机构研究

为提高移动式无线供电系统电磁耦合机构的耦合系数,须对电磁耦合机构进行合理设计,针对以往移动式电磁耦合机构的研究主要集中在接收线圈,而对发射线圈的研究较少的情况,重点研究发射线圈的具体设计问题,来提高电磁耦合机构耦合系数,通过分析发射线圈不同宽度、长度、间距对耦合机构耦合系数的影响,得出发射线圈设计规律,为发射线圈设计提供依据。     

无人平台野外无线充电线圈设计与优化分析

野外陆战环境下无人平台进行无线充电时，发射端和接收端耦合线圈的偏移和偏转会导致耦合线圈互感变化较大，为了解决这一问题，需要对无人平台无线充电时使用的耦合线圈进行特殊的结构设计。首先分析野外陆战环境下无线充电的战技指标，为实现螺线管 SP（solenoid pad）型线圈和DD（double-D）型线圈的优势互补，设计满足野外陆战环境无线充电的高适应性的耦合线圈，提出了一种SP-DDP双层组合线圈（double-layer coupling structure with solenoid pad and double-D pad），并对该结构的线圈参数进行优化。仿真及实验结果表明，优化后的线圈能够实现尺寸200 mm×200 mm×7.8 mm的条件下，在传输距离50 mm、X轴方向偏移160 mm、Y轴方向偏移120 mm时互感变化幅度小于20%，提出的线圈结构具备抗偏移、抗偏转特性。     

两线圈串联电动汽车动态无线充电系统研究

从经济和空间角度考虑,电动汽车EV（electric vehicle）同时装设匹配静态和动态无线充电方式的接收单元是不理想的。为此,参考EV静态无线充电标准,设计了两发射线圈同向串联EV动态无线充电系统,使其接收单元能同时满足动态和静态无线充电需求。首先,分析了收发线圈的水平偏移特性和互感电路模型,并根据分析结果确定了单发射线圈组切换以及两发射线圈串联的方式,根据两发射线圈串联的三维磁通图确定了两个发射子线圈的通电方向为同向通电;然后,对单发射线圈组切换系统以及两发射线圈串联系统进行了有限元仿真,验证了两个发射线圈串联的互补作用以及同向通电方式的优越性;最后,参考EV静态无线充电标准搭建了实验平台,并完成了静态和动态的无线充电实验。     

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%。     

基于四线圈的动态无线输电的位置检测

在无线输电系统中,当接收线圈相对于发射导轨或线圈发生左右偏移时,二者之间互感下降,从而导致电动汽车获取的电能减少,系统效率下降。针对这个问题,提出一种车辆位置检测方法,将其应用于发射侧为分布式发射线圈的动态无线输电系统中,为接收侧的驾驶员提供车辆相对于发射线圈的位置信息,协助驾驶员主动调整车辆位置,使接收线圈尽量与发射线圈对准,从而使得二者的互感达到最大,汽车能稳定拾取电能,系统运行效率也尽可能提高。所提方法采用4个感应线圈,通过检测感应线圈上的感应电压,计算接收线圈相对于发射线圈的横向偏移。通过仿真分析检测原理,验证了该方法的准确性,并通过实验证明其可行性。实验证明,该方法能够较准确地检测接收线圈偏移的方向和距离。     

用于提高无线充电抗偏移能力的补偿参数确定方法及控制策略

电动汽车无线充电过程中,磁耦合器原、副边线圈的偏移会导致无线充电系统(WPTS)功率的剧烈波动。为了提升系统输出功率的抗偏移能力,以三线圈方形线圈结构磁耦合器为例,研究了非谐振的电容补偿参数选择方法并提出了基于品质因数的控制策略,降低了工程应用中的控制难度。设计并研制了一台3 kW样机进行了实验验证,结果表明采用所提控制策略,在横向偏移距离小于250 mm和纵向偏移距离小于100 mm的情况下,WPTS输出功率均大于3 kW,输出功率的波动小于1 kW,效率仍高于90%。     

磁谐振耦合式单中继线圈无线功率接力传输系统的建模与分析

传统的由发射–接收线圈谐振器组成的基于磁谐振耦合的无线功率传输系统只能短距离的传输能量,在发射端和接收端之间适当的位置插入中继线圈谐振器可以有效的提高传输距离。该文对插入单中继线圈的磁耦合谐振式无线功率接力传输系统进行了研究,得出临界耦合条件和最大功率传输条件。研究了发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合系数k13对系统的影响,并得到避免其不利影响的设计准则。数值仿真和实验表明,恰当的使用中继线圈不但能显著提高传输距离,并且因为系统的传输效率和负载功率对中继线圈的横向偏移和角度倾斜变化不敏感,因此还能提高设计的灵活性。     

应用于无人机无线充电的轻量化磁耦合结构

针对现在广泛应用的电力巡检无人机存在的充电自主化水平低问题,本文设计了基于磁耦合谐振原理的无线充电系统。针对目前广泛采用的具有对中机构的"固定机场",通过COMSOL仿真分析3种不同磁耦合机构的磁路分布、磁场强度及抗偏移性能,发现螺线管型磁耦合机构耦合系数高、磁通密度大、抗偏移性能更好。进一步分析了LCC-S电路拓扑结构,并基于此设计了无线充电系统参数并搭建了样机系统。实验结果表明,所设计的无人机无线充电系统接收线圈质量为69g,可以实现100W的功率输出,整机效率达到了80.27%。研究成果为高效轻量化的无人机无线充电系统设计提供了一种有益的参考。     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8cm,耦合系数为0.2,负载为32Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W。     

利用混合拓扑实现强抗偏移性能的紧凑型电动汽车无线充电系统

电动汽车无线充电由于具有自动化、安全性和便利性等优势,得到广泛的研究。电动汽车无线充电技术上存在的障碍包括抗偏移性能的问题,基于LCC-S和S-S拓扑串联构成的混合补偿拓扑,提出一种新型的具有强抗偏移性能的紧凑型电动汽车无线充电系统。使用1套单极型线圈和1套田字形线圈作为2套拓扑的功率传输线圈,以提升电动汽车前进方向和车门到车门方向的抗偏移性能。原边的田字形线圈既作为功率传输线圈,又作为LCC-S拓扑中的补偿电感,实现紧凑和低成本的结构。所提系统实现2个方向的抗偏移性能。最后,通过实验验证所提方案的有效性。