线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。     

基于磁共振的无线能量传输系统接收模块参数研究

基于磁共振的无线能量传输技术应用环境复杂多变,很难保证收、发线圈的参数和结构保持一致。本文针对发射模块参数不变的情况,研究了接收模块线圈半径、线径、线圈匝数和线圈长度变化对电感、电阻、品质因数、互感、耦合系数和传输效率的影响。理论计算与Pspice仿真均表明,线圈半径的变化对系统传输效率的影响最大,系统传输效率随着线圈半径的增大而增大,但当接收模块的线圈半径小于发射模块线圈半径的50%时,系统的传输效率迅速降低;增大线圈长度对系统的传输效率影响相对较大,增大线圈长度使系统传输效率先减小后增大;导线半径和线圈匝数的变化对传输效率的影响最小,系统传输效率随着它们的增大而略微增大。     

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。     

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.     

三线圈磁谐振式无线输电系统传输效率的优化

磁谐振式无线电能传输系统的传输效率是评价整个系统的重要指标。针对单中继的三线圈磁谐振无线电能传输系统,运用等效电路理论和二端口网络理论推导系统在磁谐振状态下的传输效率公式,并对效率公式进行优化。当中继线圈与接收线圈之间的距离已固定时,在不改变系统各元件参数情况下,通过调节发射线圈与中继线圈间的距离,使其和中继线圈与接收线圈之间的距离满足一定关系,系统的传输效率可得到显著提高。最后,开发了一套三线圈输电系统,实验验证了理论的正确性。     

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。     

无线电能传输系统的线圈参数及耦合系数研究

磁耦合谐振无线电能传输影响系统耦合系数的主要因素是线圈参数。对于空间两线圈的互感模型,由诺依曼理论推导出发射、接收线圈间的互感系数表达式;通过建立有限元仿真模型对收发线圈进行电磁场仿真计算,针对线圈结构进行优化设计,进一步分析载流线圈的绕制结构、尺寸参数、空间位置等因素对互感耦合系数的影响。采用层绕式螺旋管结构线圈能提高传输系统耦合效率,增大发射线圈尺寸使其大于接收线圈尺寸有利于提高耦合性能。     

基于磁耦合共振的能量无线传输性能分析

针对磁耦合共振式无线能量传输技术的特点,从理论和仿真实验两个方面对这一前沿技术进行了系统的研究,通过理论推导分析了影响效率的因素。并通过三维电磁仿真软件(HFSS)设计了具体的发射和接收实验系统,探究了发射频率、线圈间距、谐振状态等因素对传输功率、传输距离和传输效率的影响。对能量无线传输系统的设计分析有着重要意义。     

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。     

平面螺旋线圈的无线电能传输特性研究

收发谐振体是无线电能传输系统的重要组成部分,它的性能直接决定了整个系统传输效率的大小.选择平面螺旋线圈作为收发谐振体,通过有限元仿真软件HFSS分析了线圈的属性(匝数、基板材料、层数等)对线圈参数的影响趋势,并分析了谐振体之间的能量传输特性,仿真结果表明了线圈之间的耦合因数比线圈Q值对传输效率的影响更大.最后综合考虑线圈的性能和制作成本,选择最优线圈作出实物并搭建无线电能传输装置,整个装置能够在线圈直径2.5倍的450 mm距离内点亮15W的LED灯泡,传输效率达到60％以上.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输损耗的研究

相比于传统的有线充电,无线充电是一种更加方便和可靠的充电方式,在电动汽车、生物医学等领域具有较为广泛的应用前景。然而传输效率的低下却限制了无线电能传输技术的进一步推广。磁耦合谐振式做为一种最主要的无线电能传输技术,其主要由高频电源,补偿结构,磁耦合结构以及整流滤波四部分构成。目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率分析时大多仅考虑磁耦合结构的损耗,对系统中高频电源以及整流滤波的损耗考虑欠少。文章在预定效率以及恒功率条件下计算磁耦合谐振式无线电能传输系统中各部分损耗与互感之间的关系,寻求满足系统要求的互感值。最后设计了一套传输功率为1000W,传输效率为85%的磁耦合谐振式无线电能传输系统,实验结果表明文中的损耗计算方法具有较高的准确性。本文研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。     

ETC系统信道传播损耗评估方法研究

无线信道传播效率是影响ETC系统性能的主要因素之一。考虑客车与轿车外形差异,定义了ETC系统信道传播损耗系数,提出一种基于两径模型的ETC系统信道传播损耗评估方法,便于评估ETC系统性能。评估方法预测及实测结果表明:ETC天线极化方式影响车载标签单元(OBU)接收功率,OBU距离地面高度越高,其接收功率越大;OBU识别范围小于10 m时,轿车引擎盖的电磁波反射引起垂直极化波衰减损耗突变,为保证OBU的成功识别,ETC天线距离地面高度应大于5.35 m。     

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。     

平面接收阵列天线的反射测量

在微波无线能量传输(MWPT)中,接收阵列天线通常采用分布式整流将接收到的微波能量转换为直流能量,其天线单元的最大入射功率决定了整流电路的设计.然而,接收阵列天线边缘单元所能接收到的功率小,使所接整流电路阻抗发生变化,与阵列天线单元失配造成较大的反射.首先从理论上论证了随着接收天线单元输入功率的变化,接收阵列天线边缘单元的反射大于中间单元.然后设计了一个低剖面(0.05λ2)、高定向性(12.5 dBi)、高前后比(27 dB)的微带准八木天线作为探头.最后测量了10×10平面接收阵列天线连接整流电路时的反射和入射功率分布图,并计算得到反射因子(反射因子定义为到达接收阵列天线单元表面上的反射功率和入射功率的比值)分布图.实验结果与理论分析一致,该实验为提高MWPT中接收端的效率起到指导作用.     

多负载无线电能传输系统耦合机理特性分析

针对无线电能传输系统中存在一个电能发送端同时为多个负载端提供电能的实际需求问题,对多负载系统的功率、效率之间的互相转化机理及定量关系进行了研究。首先,定义广义失谐因子、广义耦合因子、初次级电阻比例因子和负载阻抗比例因子,据此建立多负载系统的理论模型,推导出电压增益、输出功率增益和传输效率的基本特性公式。其次,研究了广义失谐因子、广义耦合因数、初次级阻抗比例因子及负载阻抗比例因子对多负载系统电压增益、输出功率增益和传输效率影响的一般化规律。最后,设计开发了无线电能传输实验系统,验证了理论分析的正确性。研究结论为分析与设计多负载无线电能传输系统提供了一定的理论依据。     

无线电能传输中能量与信息的优化研究

目前已有的研究无线电能与信息同时传输系统的文献大多只关注实现的具体方法,对于无线电能传输系统中信息与能量的关系,以及两者之间的优化方案还研究得不够深入。通过无线电能与信息传输系统中信道容量和传输效率的表达式,得到了当输入功率和输出功率受限时,信道容量的优化方案。在此基础上,进一步提出了当信道容量受限时传输效率的优化问题以及当传输效率受限时信道容量的优化问题。     

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法

研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法:通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明:相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。     

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。     

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%。