基于PEEC的WPT系统磁芯结构建模

磁耦合机构作为无线电能传输的核心部分,直接决定系统的传输性能。目前广泛采用加装磁芯来提高耦合机构的传输性能。然而加入磁芯后,线圈与磁芯的融合建模及协同设计问题,目前多依赖于电磁仿真软件及二维分区建模,该方法无法量化磁芯参数对系统传输性能的作用。此处基于部分元等效电路(PEEC)对磁芯进行建模,根据磁性材料特性分别从涡流、磁化强度两方面构建磁芯二元模型,并引入退磁因子对磁化强度模型进行修正。基于电场积分方程构建了以磁芯涡流、节点电压和磁化强度为未知量的解决矩阵,实现了线圈与磁芯融合建模。在融合建模的基础上,基于矢量磁位提取了带芯线圈的自感系数,将建模结果与商用仿真软件及实验进行对比,其误差控制在5%以内,验证了建模结果的准确性。带芯线圈自感参数量化了磁芯对线圈的附加耦合作用,为磁芯结构设计提供理论支撑。     

部分元等效电路理论在无线电能传输系统中的应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术凭借其传输距离远、传输效率高等优势逐渐成为了无线电能传输方面研究的热点,而磁耦合谐振系统的设计和优化依赖于准确的参数计算和系统性能计算。针对这一问题提出采用部分元等效电路PEEC（partial element equivalent circuit）法进行计算。首先介绍了PEEC的基本理论以及部分参数的计算方法,然后建立耦合线圈的部分元等效电路模型,对平面矩形螺旋线圈的自感和互感进行计算,通过计算结果和实验结果的对比验证了PEEC法计算参数的高效性和准确性。在此基础上,分别建立了双线圈系统和单共振磁耦合谐振式无线电能传输系统,采用PEEC法结合电路法对2个系统的传输特性分别进行了研究和分析,并通过与有限元法计算结果的对比,验证了所提方法的准确性和快速性。     

多线圈耦合WPT系统效率优化控制策略研究

针对多耦合无线电能传输(WPT)系统存在的高传导损耗现象,提出了一种基于扰动观测法的多线圈耦合WPT系统最大效率跟踪控制策略.此处首先建立了多耦合WPT系统等效电路模型,在系统谐振的情况下,分析了系统整体传输效率与源端电压有效值之比的关系;再根据系统效率模型,以系统效率最优为目标,通过比例积分(PI)闭环实现副端恒功率控制,采用扰动观测法配合移相控制实现源端等效阻抗匹配,最后搭建了基于碳化硅器件的WPT样机模型,实验证明所提方法在不需要源、副端通信的情况下,可以实现多耦合W盯系统的最大效率跟踪控制.     

一种带中继线圈的多载接人式MCR WPT系统研究

针对磁耦合谐振无线电能传输(MCR WPT)系统中负载接入数目对于系统整体输出功率与传输效率的影响问题,设计了一种带有中继线圈的多载接入式MCR WPT系统,通过控制系统中负载线圈的接入数目,研究系统的输出功率与传输效率的变化.当系统中接入负载数目增加时,单个负载的传输效率与传输功率逐渐下降,但系统总的输出功率与传输效...     

多中继线圈无线电能传输系统的交叉解耦研究

为解决多中继线圈无线电能传输(WPT)系统中存在的交叉耦合问题,这里设计了一组磁交叉解耦的线圈结构,在多级中继线圈中插入一层特殊的屏蔽材料,以抑制非相邻线圈的耦合,同时保持相邻线圈间耦合较强.进一步地,选取LCC-Multi-S型拓扑,分析了交叉解耦双中继系统的频率特性、输出特性及负载特性,仿真和实验验证了这种交叉解耦...     

基于最优发射半径的锥形线圈WPT系统优化

在无线电能传输系统中盘式发射线圈存在一个使传输功率最大的最优半径值,并且传输距离的改变也会造成发射线圈最优半径值的变化.针对这一问题,提出了量化发射线圈最优半径与传输距离关系的方法,继而指导发射线圈的优化设计.首先从系统空间磁场的分析上,证明了最优发射半径的存在性,然后探究并拟合出最优发射半径与传输距离之间的表达式,设计了每匝线圈半径均为最优值的锥形螺旋发射线圈.最后经有限元仿真验证,优化的锥形线圈系统较传统的柱形线圈系统互感提升了140.16％,周围环境的漏磁更少,证明了优化的锥形螺旋线圈的优越性.     

移动式WPT系统双D形耦合机构磁心设计

添加磁心可有效提高电磁耦合机构的互感并减小漏磁对周围环境的影响,然而在实际应用中,磁心的安全性及成本需要被考虑.本文针对电动车辆移动式无线电能传输系统,建立了长原边、短副边的双D形耦合线圈模型,对于安装过程中副边线圈引线穿出磁心造成的磁心损耗增加,从而引起磁心局部发热严重的问题提出解决方法,并针对原边长线圈下方全部铺设...     

线圈匝数对磁耦合谐振式WPT输出功率的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输的4线圈模型中线圈匝数对系统传输功率的影响,本文通过建立系统模型,利用电路理论计算得出系统的输出功率公式,并使用MATLAB软件仿真分析了系统的输出功率曲线.分析结果表明在4线圈的结构和材质相同的情况下,接收线圈的匝数增加比发射线圈匝数的增加使系统的输出功率要提高很多.同时,接收线圈匝数的增加使系统功率达到最大值的频率有明显的下降,而发射线圈增加相同匝数时,频率变化不明显.该结果还表明,接收线圈匝数增加时系统输出功率达到最大值对应的负载电阻在变大.因此,在4个线圈结构相同时,增加接受线圈匝数可以提高输出功率.     

WPT系统线圈移动的零相角频率跟踪研究

在家用电器自主充电的无线电能传输(WPT)系统中,由于其难以每次移动到相同的位置,因此在初次级磁芯的相互影响下,线圈的自感会随着其相对位置的改变而发生变化,进而使得系统失谐、零相角(ZPA)频率漂移,最终影响系统的平稳运行。这里基于串联-串联(SS)型拓扑结构,提出了线圈移动条件下追踪ZPA频率的方法,通过对SS型拓扑结构的电路进行建模,推导了出现频率分裂现象(FSP)时系统ZPA对应的角频率,在Matlab仿真中建立电流相角和初级电流幅值的关系,并采用梯度下降(GD)算法分别在频率分裂是否发生两种情况下,对电流幅值的谷值和峰值进行追踪。实验结果表明:无论系统是否出现频率分裂,都可以实现ZPA频率的追踪。     

基于特斯拉线圈的无线充电模型设计

在无线电能传输的研究中,广为人知的是发明者尼古拉·特斯拉发明的火花间隙特斯拉线圈,虽然该线圈结构简单原理易懂,但是其大电压、大电流的工作模式会危及使用者的生命安全。针对此问题设计了固态追频特斯拉线圈和固态定频特斯拉线圈,在实现无线电能传输的基础上保障了使用者安全。经实验证明,设计的3种电路无论是否正常工作,都不会产生危及使用者生命的电压电流。其中固态追频特斯拉线圈可以在9 V电池供电的情况下点亮节能灯,固态定频特斯拉线圈可以在12 V直流电压供电的情况下实现次级线圈尖端放电。     

电动汽车多车位WPT下沉式磁屏蔽系统研究

在电动汽车无线电能传输系统中,实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。针对这一问题,本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构,该结构在减小目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先,提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计算方法,通过此方法对系统目标面漏磁进行分析,为后续的磁泄漏优化提供了理论依据;其次,介绍了一种漏磁优化的方法,运用该方法得到满足要求的各线圈参数,为实现高效的无线电能传输提供了关键支持;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系统,通过仿真和实验,让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示,当系统输出功率恒定在4 kW时,所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了25%,且传输效率高达95%。     

具有抗偏移特性的IPT与CPT结合的WPT系统

目前无线电能传输(WPT)技术正在迅速发展,并广泛运用于各种电子设备.由于耦合结构的偏移会导致系统输出发生较大的变化,为扩宽WPT技术的应用范围,高抗偏移性是WPT技术不可缺少的特性.为完善WPT技术的抗偏移特性,这里提出了一种基于感应式能量传输(IPT)技术与电容式能量传输(CPT)技术的串联系统,通过优化系统结构,...     

基于“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。     

磁耦合谐振式无线电能发射系统的设计与实现

磁耦合谐振式无线电能传输技术是现代电工技术领域研究与开发的热点，是目前最有可能为便携式电器及植入式医疗器械、智能可穿戴技术，实时无线供电的一种最佳的电能柔性接入与传输手段。为了摆脱传统电源线的束缚，解决供电方式在空间与距离上的限制。以强耦合理论为基础制作了一套高度为20 cm、直径为60 cm、匝数为5.25的空心铜线发射及接收线圈，据此理论谐振频率为7.65 MHz，与实际测量值8 MHz偏差4.5%。通过8 MHz方波信号控制E类功率放大器栅极，在功放的漏极考虑了非线性电容和线性并联电容的非理想因素影响，并对外接电容值进行了优化以获得E类功放的最大效率。对功放的输出端进行阻抗匹配，达到最大功率发射。最后实现了发射线圈几何尺寸直径为60 cm的最大传输距离为6 m。由实验分析可知，本系统在传输距离上有很大的提高。     

移动式WPT系统双通道间相互干扰分析及其优化设计

移动式无线电能传输(wireless power transfer, WPT)需根据车辆的实时位置,切换不同的发射线圈,确定车辆的位置是实现移动式WPT的关键。为实现车辆位置的实时检测,设计了一种移动式双通道WPT系统,其中能量传输通道用于传输主能量,位置检测通道用于实时检测车辆位置。为研究WPT系统双通道间的相互干扰的问题,建立了四线圈耦合模型,解耦双通道四线圈间的干扰,确定位置检测通道频率,提出弱感性微失谐补偿方案,在不影响系统性能的条件下,降低发射端空载电流。通过理论推导、仿真分析等手段,对相关内容开展研究,并通过实验验证该频率下双通道间的干扰处于可接受范围,弱感性微失谐补偿方案可行有效。     

动态载荷下WPT系统的特性分析与实验研究

针对无线电能传输系统中普通存在的载荷动态变化的问题,提出了一种LCC-S补偿网络结构.建立了系统的互感模型,推导了发射端、接收端的动态性能特性,分析了动态载荷工况下,系统的发射端电流、相位角、谐振频率、输出功率的效率的变化趋势.最后,搭建实验平台,采用可变电阻负载和电机负载,测试了电阻的不同阻值和电机的不同转速时的系统...     

SS型WPT系统的耦合系数实时检测方法

无线电能传输(WPT)技术在日常生活中的普及度越来越高,但是在使用过程中发射设备和接收设备存在相对运动时耦合系数会发生剧烈变化,进而使得输出功率波动和传输效率下降。耦合系数的检测对于WPT系统的性能提升十分重要,为此提出了一种基于发射侧参数的耦合系数在线检测方法。在直流输入电压确定时,只需测量发射侧电流的有效值,同时该方法无需通信模块,能提高系统动态响应速度。此外,采用高精度有效值计算的模拟芯片可将高次谐波也纳入计算,有效提升精度。实验结果验证了耦合系数在线检测的正确性,检测误差在2%以内。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。