磁耦合谐振式无线电能传输技术在电力系统中的应用

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术能够以无线的方式传输电能,与传统输电方式相比优势明显。在电力系统无人化、智能化的趋势下,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术有助于解决电力系统智能化设备的无线供电问题。介绍了磁耦合谐振式无线电能传输技术在电力系统中的几种应用场景,分别是电动汽车无线充电技术、变电站电力巡检机器人无线充电系统和线路巡检无人机无线充电系统,从系统结构出发,对最近研究成果进行对比分析,认为在充电效率、大功率充电、系统稳定性以及双向无线电能传输方面仍然存在研究空间,并对未来的研究方向提出建议。     

基于生物安全性的无线能量传输系统发射线圈优化设计

针对为胶囊内窥镜供能的无线能量传输技术在应用过程中对人体组织可能造成伤害的问题,进行了无线能量传输系统发射线圈优化设计研究.分析了人体组织安全性与无线能量传输系统发射线圈之间的关系,提出用磁场均匀度、频率稳定度等指标来评价发射线圈性能,并建立了以能量传输效率为目标函数、以人体安全性和能量需求为约束条件的最优化模型.该模...     

一种宽负载范围的自激调控型WPT系统

在宽负载范围下对无线传能系统的性能进行深入剖析,是无线传能应用领域的一个重要课题.致力于提高无线传能的供电灵活性,本文基于S/P补偿结构,设计了一套自激的无线电能传输系统.本文首先应用基尔霍夫方程对系统的传输性能进行了数值计算.理论计算表明:当系统工作在过耦合区时,应对耦合的变化,系统能够自动改变工作频率达到稳定的输出...     

线圈磁耦合模型仿真及其应用

水下通信是发展海洋技术、充分利用海洋资源的关键技术之一.本文研究和探讨了基于水下通信的磁耦合模型仿真及其应用问题,包括磁耦合水下通信的整体系统模型规划、磁耦合模型简图和等效电路模型,同时也研究了磁耦合模型在其它领域的应用.主要利用有限元和控制变量的方法研究了磁耦合模型的仿真问题,系统的分析了通信频率、激励电压、线圈直径和线圈匝数对磁耦合强度的影响情况.通过有效的仿真,能够将磁耦合通信过程中的通信频率、激励电压、线圈直径和线圈匝数对通信距离的影响形象地描绘出来.另外,对于线圈磁耦合模型的应用研究也加深了对磁耦合模型的认识,此项工作为后续进一步设计可靠有效的磁耦合通信系统,优化通信参数提供了重要的借鉴意义.     

船舶机械设备联接处非保守耦合损耗因子的研究

联接部位传递力、能量和功率，也会把振动能量变成声和热耗散能量，非保守耦合损耗因子是表征这种耦合系统间能量传递特征的重要参数。运用统计能量分析方法分析联结部位的功率流及功率在该处的损耗和传递，建立结构总体SEA模型，根据结构功率平衡方程，推导出非保守耦合损耗因子的计算公式。文章基于这些，对一个实际机械设备联接部位计算例子，进行了仿真数值计算与分析，提出了一些有工程应用价值的结论。     

生理参数遥测系统无线供能模块的设计

能量供应问题是动物生理参数遥测系统实现长期稳定工作的关键,基于电磁感应的无线供能技术是解决这一问题的有效途径.为向动物生理参数遥测系统提供稳定、安全的能量,从能量传输的稳定性与电磁生物安全性两方面出发,对能量传输模块进行优化设计,实现了由长方形截面发射线圈和三维接收线圈组成的无线供能模块,能够在Φ10.5 mm×11 mm接收空间内提供至少150 mW有效功率,传输效率不小于2.64%.遥测系统的活体实验证实了该供能方式的可行性.     

基于OKID的损耗因子辨识方法研究

提出了利用观测器/卡尔曼滤波辨识(OKID)方法辨识系统的最小阶功率流模型.首先直接由测量的输入功率和能量的时域数据辨识功率流系统的Markov参数,然后利用特征系统实现算法得到功率流模型的最小实现.同时对统计能量分析模型修正方法进行了改进,将初始模型子系统间的耦合信息作为附加约束条件,并根据约束最优化思想寻求初始损耗因子相对误差矩阵的最小范数解,进一步可得到辨识的损耗因子参数.通过5子系统结构的实例仿真分析,验证了OKID功率流模型辨识方法可行并具有很好的抗噪性能;与传统SEA模型修正算法相比,改进方法对初始SEA模型有更好的适应性,修正参数更好地保持了物理意义.研究的辨识方法可有效提高内损耗因子和耦合损耗因子的实验辨识精度,扩展实验SEA参数识别的工程应用范围.     

非接触式供电列车松耦合变压器的仿真研究

针对非接触式供电列车松耦合变压器原副边耦合系数低的问题,研究不同的线圈类型、导磁材料等对其自身电感、互感、耦合系数等参数的影响。采用有限元仿真工具分析非接触供电系统松耦合变压器参数,分别搭建副边线圈矩形结构和8字形结构的模型、副边线圈位置有横向和纵向偏移的模型、不同磁导率的模型以及具有屏蔽层的模型,通过仿真计算得到松耦合变压器的具体参数。仿真结果表明:8字形的线圈耦合系数更高;收发线圈相对位置越偏离中心,其负载功率与耦合系数越低;收发线圈的间隙和偏移量对系统性能的影响近乎线性叠加;导磁材料磁导率的提升对系统的能量传输效率有一定程度的提升,但是并不能无限制提升;屏蔽层的引入会降低耦合性能。     

基于磁耦合谐振的旋转机械嵌入式监控供能技术研究

磁耦合谐振式无线能量传输技术是一种新型的电能传输技术,具有传输效率高、传输距离远的优点.对这种传输技术的基本原理进行了研究,提出利用该技术向安装在旋转部件上的嵌入式监控系统无线输送能量.设计了一对一的能量传输系统,并在此基础上研究了一对多的能量传输模式,分析了一对多的传输机理,实验中将多个接收线圈上的LED点亮.在接收线圈为简单线圈的方向性实验中,当接收线圈与发射线圈平行时,接收线圈接收到的能量最大,而当两者垂直时,接收线圈将接收不到能量.将接收线圈设计成2组圆线圈正交和3组圆线圈正交的形式,保证始终有磁感线穿过接收线圈,提高接收效果,实验验证了这种方法的有效性.     

基于MFC的地铁轨道振动能量收集研究EI北大核心CSCD

压电陶瓷极限受拉承载力弱,导致传统悬臂型俘能器在工程应用中极易开裂损坏,与其持续供能的初衷相违背。压电纤维复合材料(MFC)具有优异的柔韧性、耐久性,恰恰弥补了这一缺陷。然而以MFC材料为基础的俘能器在地铁轨道振动能量俘获中的应用鲜有研究。首先建立地铁车辆-轨道耦合系统模型,得到钢轨在车辆荷载作用下的动力响应。紧接着基于混合规则和代表体积元建立型悬臂式MFC俘能器的力电耦合模型,并将钢轨的动力响应作为俘能器的输入荷载预测其电能输出,讨论了材料参数、几何参数及车辆荷载特性对输出电能的影响。并进一步通过试验研究,验证了所建立理论分析模型的正确性。最后基于LTC3588-1能量管理芯片进行了能量收集-存储模拟,验证了MFC俘能器用于无线传感器供能的可行性。     

超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法

超磁致伸缩执行器在其工作过程中易受环境影响,尤其在精密定位与进给应用中,执行器最易受外部应力的影响.将工作在压应力影响下的超磁致伸缩执行器作为研究对象,引用均质能量场模型和磁机耦合理论,利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子,并引入应力对均质能量场模型中矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响,提出了超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型.对模型进行了离散化处理,并根据离散模型给出了求逆算法.对执行器在受0、10、20、100MPa压应力下进行了仿真,计算且图示了求逆算法与模型的误差,仿真结果证明了模型和求逆算法的有效性.     

胶囊微机电无线能量传输系统设计与试验研究

首先介绍了胶囊微机电无线电能传输系统的原理和系统的基本构成,然后设计了以松耦合变压器为基础的无线电能供给系统,采用互相正交的二维线圈来接收能量并进行试验研究.结果表明:不管体内微机电系统处在何种位置和姿态,都可以有效接收能量,特别在初级绕组窗口宽度内,次级绕组接收能量可以高达110～240 mW.最后研制了胶囊微机电无...     

相关输入时保守或非保守耦合系统的统计能量分析

传统的统计能量分析(SEA)理论不能解决保守或非保守耦合系统在相关输入时的能量分析问题。本文在相关输入形式下非保守耦合振子能量分布与功率流的研究基础上,讨论了相关输入时保守或非保守耦合系统的能量分布与功率流,推导了功率平衡方程式及各有关功率项的计算式,建立了相关输入时耦合系统的统计能量分析原理。研究结果表明,输入形式对耦合系统的能量分布和功率流的总体特征有着显著的影响。作为理论的一个应用实例,本文还对受相关激励的保守或非保守耦合板的能量问题进行了理论和实验研究。     

基于无线电能传输在家居智能系统的设计

本文通过无线电能传输的实现,提出了一种家居智能无线电能传输系统的设计方案,对家庭的电灯、风扇等电子产品实现无线电能传输。首先分析各种无线电能传输电基本原理及特点,然后重点介绍本文设计无线传输系统总体结构、电路模块设计等。该智能系统采用无线传输,减少了电线、接口的使用,提高了家居美观,同时能避免因电路的短路而造成电器设备的烧毁,更重要的是能避免短路而产生的火灾。     

人体运动俘能背包的输出功率建模与多参数耦合因素研究

人?机电耦合俘能背包的输出功率的影响因素复杂,缺乏合理的建模设计方法,因此本文基于机械振动和电路理论建立了人体运动俘能背包的功率输出模型.采用理论模型数值仿真分析了人体负重质量、增速比和行走运动对俘能功率的影响.设计了一种电磁式俘能背包,并搭建了多参数测试系统,实验研究了不同负重质量、运动速度、增速比及其耦合情况下对俘...     

复杂耦合隔振系统的实用解研究

针对工程实际中的复杂柔性耦合系统 ,本文对建立在柔性基础 弹性浮筏上的隔振系统应用子系统导纳法进行分析 ,推导了耦合系统动态功率流传递计算公式。在研究中 ,将浮筏和基础的基频与被隔振机组固有频率之比作为特性参数 ,对系统在不同频率比下的传递特性进行了计算研究 ;针对计算结果 ,分析了浮筏的弹性和基础的柔性对耦合系统的传递功率流的影响 ,给出了可以将基础或浮筏当作刚体来处理的弹性变化范围。     

主动隔振系统中功率流的最优化控制策略

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输,以传轾到接受体的功率流量小为最优化控制目标,推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式,提出了ＳＭＲ主动隔振模型基于功率流的最优化控制策略。针对工程实际中的柔性安装问题,对四边简支矩形薄板的主动隔振进行了研究。     

考虑模糊参数的统计能量分析方法

将模糊数学理论与统计能量分析方法相结合,提出了一种考虑模糊参数的复杂耦合系统声-振环境的预测方法。拓展了传统统计能量分析方法的应用范围,使其更能满足实际工程问题的需要。应用区间数学与区间自然扩张原理,求出子系统响应在各模糊参数的 水平截集下的区间解,再通过模糊分解定理构造出模糊解。以双板耦合系统和单层板隔声系统为例分别讨论了含有模糊参数的子系统间功率流和子系统响应问题,从而验证所提出方法的可行性。     

三明治耦合板的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。     

TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备

采用双靶磁控溅射法制备了 TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜,考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:TbFe 磁致伸缩层与软磁 Fe层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;TbFe/Fe多层膜的磁致伸缩性能对热处理时间、Fe 层厚度、溅射功率、Ar 气分压等薄膜沉积参数十分敏感;与 TbFe 磁致伸缩薄膜相比TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜水平方向的矫顽力从 16kA/m降低到 9.6 kA/m。在外加磁场为8000 A/m条件下,TbFe/Fe磁致伸缩多层膜最大磁致伸缩系数可达1.58×10-4。