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。     

心脏起搏器谐振式无线供能LCL-LCL的集成

为减小植入式心脏起搏器无线充电系统的体积及电磁干扰,该文设计一种工作频率为150kHz的两端串并联（LCL-LCL）补偿集成式磁耦合谐振式无线供能系统。将谐振线圈取代电感集成到主线圈上;首先建立线圈模型并进行优化,分析匝数与匝间距对线圈互感的影响规律,设计一种耦合系数最佳的圆角方形线圈;然后对比集成式与非集成式结构系统的传输效率,验证了此结构在效率和体积更具优势;最后通过模拟三维人体组织,计算比吸收率和温升以及电磁场强度,进一步评估植入式充电系统的可行性和安全性。实验结果表明,在线圈中心对齐相距8mm的条件下,系统传输效率可达73%,比非集成式结构提升了15%,最大温升仅为1.2℃。     

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%。     

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,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电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

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。     

基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统

针对心脏起搏器无线供能系统传输效率低、抗偏移能力差的问题，该文提出一种基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统。首先，根据磁负超材料的谐振原理、品质因数理论，设计了两种谐振频率的磁负超材料（MNG）基元；其次，通过分析无线供能系统漏磁情况以及基元负磁导率和磁损耗之间的关系，构成具有两种负磁导率的混合MNG阵列；最后，使用有限元分析软件计算人体各组织电场强度峰值与比吸收率峰值，验证了系统的安全性。实验结果表明，两线圈间距16～28 mm情况下，加入混合MNG阵列的无线供能系统输出功率从0.19～0.81 W增加到1.02～1.67 W，传输效率从8.53%～43.15%提升到40.78%～57.32%；接收线圈发生水平偏移情况下可以维持最低0.86 W的输出功率和32.81%的传输效率，30 min充电测试下系统最大温升为3.49℃，符合人体安全标准。     

(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。     

磁耦合谐振式无线能量传输技术效率分析

详细阐述了磁耦合谐振式无线能量传输技术的原理,建立了系统等效模型并分析得到系统传输效率公式,从而得出影响系统传输效率的因素,具体包括负载阻抗、系统频率、线圈线径、线圈半径、线圈匝数、线圈位置和传输距离。针对理论分析得到的各个影响因素,逐一仿真验证了它们对效率的影响效果,为提高磁场谐振耦合式无线能量传输系统的效率提供了理论依据。     

电动汽车无线充电用方形线圈仿真优化研究

电动汽车由于其节能、环保和低碳等优点受到越来越多的关注。为提高电动汽车无线充电系统传输效率,优化线圈设计,分析了电流源供能的2线圈串串拓扑结构的等效电路模型,并从线圈互感、线圈等效串联电阻以及负载的角度对平面螺旋方形线圈提出了提高充电效率的4个方面,即:最优的线圈匝数、最优的线圈边长、更短的传输距离以及最佳负载,并利用COMSOL软件进行了仿真验证。仿真优化结果表明:线圈边长d与传输距离D存在近似优化关系:d=2D;电动汽车无线充电系统存在一组最优参数:传输距离D=45 cm、线圈边长d=90 cm、线圈匝数N=30和负载RL=80Ω时,系统传输效率达到88.36%,从而实现了电动汽车高效率无线充电。     

基于平面螺旋发射线圈的胶囊机器人无线供能系统的设计与优化

摘要：针对传统环绕式发射线圈的尺寸过大及穿戴不便等问题,提出了一种使用平面螺旋线圈作为发射线圈的胶囊机器人无线供能系统,有效地减小了发射线圈的尺寸,同时避免了穿戴不便的问题,提高了胶囊机器人无线供电系统的适用性。首先给出了系统的等效电路模型,研究了系统传输效率与系统参数的关系;然后对接收端线圈匝数进行了优化,提高了系统的传输效率;接下来通过阻抗变换将负载的等效阻抗优化为最优负载;最后对基于该方案的无线能量传输系统进行了实验验证。结果表明,样机系统在10 cm传输距离下的传输效率达到了8.8%,传输功率超过了1W。