封面图片说明

<正>封面图片来自本期论文"超声加工的非接触能量传输仿真与实验"。图片是基于Maxwell电磁场有限元平台,获得的发射与接收电磁模块的磁场分布与能量传递分布云图。文章通过构建的仿真模型,研究并获得了旋转转速、级间磁隙、谐振补偿参数等因素对互感耦合的影响规律。研究结果表明:保持同一交流信号激励和相同的级间磁隙的条件下,激磁绕组某一刻的电流密度基本各处相等,感应绕组的     

一种基于磁耦合谐振式的高效率双频无线能量传输系统

为了提高磁耦合谐振式无线能量传输系统的效率,本文提出了一种新型的双频无线能量传输的发射和接收装置.在发射端和接收端中,该装置在发射端和接收端中均采用一个馈电线圈对两个谐振线圈馈电;两个谐振线圈工作在不同的频率并通过磁耦合的方式把能量从发射端向接收端同频传输.由于两个谐振线圈均参与了能量传输,所以该传输装置能在较远的距离实现效率较高的双频能量传输.为了验证该理论模型的特性,本文将其设计在PCB板材上并进行仿真和实验测试.仿真和实验结果表明:该双频磁谐振耦合无线能量传输装置的能量传输频率为6.78和13.56 MHz;在传输距离为装置尺寸60%时达到最高效率,其最高效率分别为88.5%和56.7%.     

纵振式超声波无线电能传输装置仿真与实验

利用ANSYS有限元仿真软件,分析了纵振式超声波无线电能传输装置模型的纵振模态及其共振频率。加工了实验样机,样机的能量发射端采用锥形结构以增强对于空气激振的输出效果。搭建了实验测试系统,对发射与接收端的距离、角度及激振频率等参数进行调节并采集了实验数据。实验结果表明,当增大接收与发射端距离时能量传输效果减弱,装置对心时能量传输具有最佳效果。在最佳传输频率29.88kHz下的能量传递效率可达24%。     

平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触 电能传输系统的设计

针对传统四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的输出功率和效率较低等问题,提出了一种平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统。并运用MATLAB仿真软件,对平面螺旋型四线圈和传统四线圈非接触电能传输系统的输出功率和传输距离、传输效率和传输距离之间的关系进行了对比分析。结果表明:在相同距离时,平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的传输功率和传输效率均高于传统四线圈传输系统的,且平面螺旋型四线圈磁耦合式非接触电能传输系统的传输效率比传统四线圈传输系统的高3%。     

磁耦合谐振式无线电能传输效率影响因素分析

对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型进行分析,采用电路理论得出系统传输效率的表达式。通过MATLAB仿真得出系统传输效率随系统频率、负载、传输距离和谐振线圈参数变化的规律,得出磁耦合谐振式无线电能传输系统对系统频率、负载、传输距离、线圈半径、线圈匝数有最优值的结论,为提高无线电能传输效率提供了参考和借鉴。     

基于加载辅助线圈的高效无线能量传输技术

针对目前磁耦合共振无线能量传输方式中存在传输距离远造成系统传输效率低等问题,提出了加载辅助线圈的高效率无线能量传输技术,即在发射线圈与接收线圈之间增加一个辅助线圈。通过建立系统模型对基于加载辅助线圈的能量传输系统等效电路进行了分析,并讨论了整个系统的传输效率与耦合系数、辅助线圈自谐振频率之间的关系。仿真结果表明,与传统的两线圈磁耦合无线能量传输系统相比,加载辅助线圈技术能够使传输效率在收发线圈之间的耦合系数为0.01和0.1时分别能够提高48%和7%。     

超磁致伸缩超声振子预紧特性对输出振幅的影响规律

为了开发出高稳定性的大功率旋转超声加工系统,采用超磁致伸缩材料研究超声振子预紧特性对输出振幅的影响规律。基于机电等效电路类比原理,建立了超声振子等效电路模型,推导出超磁致伸缩超声振子的振幅输出模型。通过阻抗分析对系统等效刚度、等效阻尼以及机电转换系数进行参数辨识,提出以实际能量转换效率表征系统振幅特性,研究了超声换能器预应力和变幅杆预紧扭矩对系统的影响规律。研究结果表明,超声振子的振幅特性受到超声换能器预应力和变幅杆预紧扭矩的影响,因此,需综合考虑预紧机构的强度和振幅稳定性等因素,在有效的频率跟踪精度范围内优化设计预紧机构参数,改善超声振幅特性。     

超声能量在超声振动系统中的传递

能量是否能在超声振动系统中有效传递是功率超声的一个非常关键的问题, 它关系到超声加工能否进行以及加工效率的问题。通过对超声能量在超声振动系统中的传递过程的了解, 分析在传递过程中影响超声能量传递的因素, 从理论上提出一些提高效率的具体手段和方法。     

非接触电能传输系统松耦合变压器传输效率分析

在非接触能量传输系统中,松耦合变压器是影响能量传输效率的关键因素之一.对松耦合变压器的磁芯和线圈进行仿真建模,通过改变变压器磁芯和绕组的结构,可得到影响传输效率的关键因素.针对U型磁芯和不同绕组形式传输效率较低的特点,提出了一种改进型变压器.该变压器采用扁平U型磁芯和平面螺旋式绕组,仿真分析可得该改进型松耦合变压器结构可以大大提高系统能量传输的效率.     

非接触电能传输系统参数非线性规划

针对非接触电能传输系统的频率分叉问题,提出一种改进的参数设计方法.将频率分叉参数模型等效为约束条件,以传输效率最高为目标,同时考虑输出稳压、参数额定值等条件,建立系统的非线性规划模型,采用遗传算法来优化模型参数.为了增强算法处理约束的能力,去掉对约束的整体归一化以增大约束的整体权重|对没有可行个体的种群,将核心约束的满足比例作为新的自适应罚参数,以降低违反核心约束个体的适应度.仿真与实验结果表明：该算法处理约束能力增强|所得参数能使系统稳定运行于零相角频率处,无分叉现象|发现系统在频率分叉区外仍可能存在频率稳定的区域,降低系统参数优化的约束强度.     

海洋浮标感应耦合电能传输系统频率分裂特性及最大功率点分析

为探究感应耦合电能传输（ICPT）系统中的频率偏移是否会对系统的最大输出功率产生影响,综合考虑线圈谐振频率、耦合系数,通过建立互感模型对基于海洋浮标的ICPT系统的频率分裂现象进行分析,选择输出功率作为重点研究对象,推导出在ICPT系统中输出功率与耦合系数,工作频率之间的关系表达式. 通过数值分析研究耦合系数、工作频率对频率分裂影响的一般化关系,并通过实验验证其结论. 结果表明：对线圈之间的耦合系数进行匹配,可以避免系统发生频率分裂,且在固有谐振频率处输出功率和效率达到最大值;若系统耦合系数固定,通过调整工作频率,可以使系统传输性能达到最优.     

一种高速电主轴动力学实验中非接触加载方法

设计了一种高速电主轴非接触电磁加载装置．该装置主要由直流电磁铁、整流电路、三电平PWM开关功率放大器及加载盘组成．直流电磁铁产生的磁场与加载盘相互作用,在加载盘上形成稳定、可调节的电磁加载力,实现非接触加栽．该方法不仅可用于高速电主轴动力学分析实验中扭矩的加载,还可实现径向力加载,解决了高速电主轴难以实现扭矩加载及不能实现径向力加载问题．     

新型感应式电能传输系统的耦合特性研究

感应式电能传输系统利用电磁感应原理实现电能的无接触传输,具有无磨损、可靠性高、安全性好的特点。为了有效的提高感应式电能传输系统传输效能,提出对初次级线圈之间的状态对传输性能有着重要影响。利用互感定义和椭圆积分,讨论了线圈的形状参数和相对位置变化对互感参数的影响,并通过实验对比验证了文章的结论。     

基于变耦电抗器的消弧线圈的新原理

针对当前自动跟踪补偿消弧线圈存在的问题，提出了解决由调节可控硅导通角而产生高次谐波的新方法一基于变耦电抗法的三相五柱式消弧线圈．该方法利用改变互感器的耦合系数来调节电感．文章给出了变耦电抗器的消弧线圈硬件实现方式和调谐原理，实验显示该消弧线圈调节快速，无高次谐波，能精确地自动跟踪补偿电网电容电流．     

基于DDS技术的超声电源系统的设计

针对超声电源系统出现的频率跟踪慢、精确度低、振动系统失谐等问题,且为了克服传统PWM专用芯片产生频率漂移大的缺点,采用了直接频率合成技术(DDS)来产生高频信号,实现具有高稳定性、高精度性的大功率超声电源.为提高振动系统的功率因数,对超声换能器进行电感调谐匹配,并根据匹配端采样得到的电压、电流信号,提出了利用锁相控制技术来实现频率自动跟踪的方法.     

多媒体无线设备感应充电装置设计

感应充电电源是通过电磁波进行电能传输的装置,其包括高频激发和接收两个部分．文中以推挽式电路结构为原型,设计了感应充电装置,并利用耦合感应器的漏感与串联补偿电容实现串联谐振．控制电路中采用了脉宽调制芯片与单片机技术,完成了感应充电谐振点频率的跟踪与输出功率的稳定控制．这样克服了松耦合变压器的漏感大,耦合系数随着耦合的松紧而实时改变,电磁干扰大,变换器效率低等缺点．经实验验证,在24V交流电源供电下,初级次级线圈耦合的距离从2mm至100mm都能完成充电控制,结果表明该装置及其控制方法具有好的推广价值．     

磁芯结构对松耦合变压器耦合系数的影响

感应耦合电能传输(ICPT)系统中松耦合变压器磁芯的性能对电能传输效率具有重要影响,磁芯的结构与变压器的耦合系数密切相关。分析了ICPT系统传输效率的影响因素,阐述了耦合系数与串联型补偿电路输出效率的关系。采用E型、ZY型、HQ型3种不同结构的铁氧体磁芯进行耦合系数的对比实验,实验过程中,保持交流电源频率、原边电感、副边电感、气隙间距不变。实验结果表明:不同结构的磁芯耦合系数并不相同。因此,为了提高ICPT系统的传输效率,需要通过实验确定合适的磁芯。     

面向天线互耦效应抑制的波束预编码算法

针对毫米波混合波束成形系统研究中没有考虑天线互耦效应对毫米波系统性能影响问题,结合天线互耦效应分析,提出了一种基于改进正交匹配追踪算法的波束预编码方法．该方法首先推导出了天线互耦矩阵,在此基础上建立了等效互耦信道模型;其次,以所建立的等效互耦信道模型为基础,以最大化传输速率为目标,利用改进的正交匹配追踪算法求得预编码向量,从而获得互耦效应下的最优波束．仿真表明,这种波束预编码方法能够有效地抑制互耦效应造成的波束畸变,保证通信质量．     

Middle range wireless power transfer systems with multiple resonators

The equivalent two-port network model of a middle range wireless power transfer(WPT) system was presented based on strongly coupled multiple resonators. The key parameters of the WPT system include self-inductance, resistance, parasitic capacitance, mutual inductance and S-parameters of coils resonators were analyzed. The impedance matching method was used to optimize load power and transmission efficiency of the multi-resonator WPT system, and the impedance matching method was realized through adjusting the distances between the coils and resonators. Experiments show that the impedance matching method can effectively improve load power and transmission efficiency for middle range wireless power transfer systems with multiple resonators, at distances up to 3 times the coil radius with efficiency more than 70% and load power also close to 3.5 W.     

电子标签质量在线检测传感器的研制

为了检测电子标签的性能参数,研制基于互感耦合的双线圈检测传感器.在分析电子标签模型的基础上,建立传感器的物理模型和动态数学模型,分析传感器的频率响应特性;为了使标签检测区域的电磁场分布尽量均匀,且便于标签在线连续检测,提出双线圈的平行结构.在电路参数仿真分析基础上,进一步完成传感器线圈匝数和空间结构参数对输出响应灵敏度影响的测试,从而确定传感器的各个参数.测试结果表明,该传感器的检测精度高,性能稳定,响应速度快,能够很好地满足电子标签性能参数在线检测的要求.