双层非连接PSC设计及在WPT系统磁屏蔽中的应用

线圈设计是磁谐振无线能量传输(WPT)系统设计的核心,同时也被广泛应用到WPT系统磁屏蔽设计方案中。基于印刷螺旋线圈(PSC),文章提出了一种新型双层非连接螺旋线圈结构,采用等效电路法(ECM)与有限元法(FEM)对其谐振频率进行分析。结果表明该类结构无须使用额外电容元件即可产生谐振,且通过绕向不同大大降低线圈的自谐振频率,设计简单,结构紧凑且成本低。将所提线圈用于谐振式WPT系统磁屏蔽应用中,获得了良好的屏蔽性能。     

磁耦合谐振式电能传输系统的功率输出特性分析及其最大功率点追踪

为分析与优化磁耦合谐振式无线电能传输系统的输出功率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率输出特性进行分析与试验,并提出一种简化的系统模型,以方便设计者分析或确定磁共振式无线电能传输系统的参数。另外为解决原始系统输出功率随线圈相对位置而急剧变化,在此根据磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率输出特性提出了一种可行的最大功率点追踪(MPPT)方法以稳定系统的输出功率,使得负载能够在宽距离范围内实现功率最大化。     

磁耦合谐振串串式无线电能传输研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种新兴无线能量传输技术,具有传输距离远、传输功率大、传输效率高、无辐射性和穿透性等优点。基于等效电路模型建立了磁耦合谐振式无线输电串串式拓扑模型,给出了输出功率、传输效率的计算方法,搭建了磁耦合谐振式无线电能传输试验平台,通过仿真与实验,分析了线圈距离、工作频率、负载电阻以及系统谐振对输出功率、传输效率的作用规律,为磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪的自适应模糊控制

谐振频率是无线电能传输(Wireless Power Transfer, WPT)系统中提高传输效率的关键因素,考虑到WPT系统是一种松散耦合系统,可能因负载、传输距离等因素的变化,使WPT系统的谐振工作频率出现分裂或失谐等问题,导致系统传输效率大幅降低。为确保磁耦合谐振式无线电能传输系统保持较高的能量传输效率,结合谐振状态对系统传输效率影响的电路分析,提出模糊控制的方法来实现谐振频率的自适应跟踪,并设计出频率跟踪的模糊自适应控制器,实时非线性调节逆变驱动电路的频率,以确保对WPT系统谐振频率的精确跟踪。仿真与实验结果表明,该控制算法增强了WPT系统的工作谐振频率的自适应跟踪能力,对系统传输效率有较大提高。     

谐振式无线电能传输技术在无人机的应用研究

针对无人机的续航问题,文中采用在输电杆塔上安装充电平台,结合磁耦合谐振式无线电能传输技术(MCR-WPT),将发射线圈和接收线圈分别安装在充电平台和无人机上的方式来为无人机充电。使用该方法需要提高MCR-WPT系统的输出功率和传输效率。文中采用差分进化算法对双线圈MCR-WPT系统中的传输距离、谐振频率和负载电阻进行优化设计。从仿真结果可以看出,双线圈MCR-WPT系统的输出功率得到了提高,传输效率由原来的0.40提高到0.68,验证了优化方法的有效性。     

基于DE类功放的无线电能传输系统设计与分析

为了提高无线电能传输(WPT)的传输效率,提出了基于DE类功放的WPT系统。通过对WPT系统建立等效模型,得出了实现电路软开关的参数设计方法,在此基础上,利用拉普拉斯变换对DE类功放的动态过程建立了复频域模型,分析了耦合线圈距离变化对WPT系统的参数和性能的影响。最后利用PSpice仿真,得到所设计系统的最大传输效率为95.1%,功率为8.9 W,验证了理论分析和设计方法的正确性。     

电磁感应/谐振无线输能的场-路混合仿真

针对电磁感应/谐振无线能量传输系统的效率计算,研究(电磁)场-(电)路混合仿真。将电磁感应/谐振无线能量传输系统划分为2部分:线圈耦合单元与电路单元。采用Comsol软件对线圈单元进行电磁仿真计算,得到线圈电感值及线圈间的耦合系数,将电感值及耦合系数带入Multisim软件进行电路仿真,得到系统总效率。混合仿真中电路单元不仅包括放大电路,还包括耦合线圈的等效电路模型,以此将耦合线圈和放大电路相互影响和匹配纳入仿真中。为检验场-路混合仿真准确度,设计和测试一套四线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统,其谐振频率为4.78 MHz、无线传能距离为40 cm。混合仿真得到该系统效率为98.8%,与测试得到系统效率96.9%吻合良好。     

WPT系统最大效率跟踪下的实时耦合系数估计方法

无线电能传输(WPT)系统在实际应用中的关键性问题是传输效率,WPT系统是一种松散耦合系统,耦合系数因发射 侧和接收侧线圈的相对运动而变化,从而影响电能的传输效率,对发射侧和接收侧的电压电流值进行实时检测,利用检测值对耦合系数进行实时估计,同时利用Buck-Boost电路作为阻抗匹配网络实现WPT系统的最大效率跟踪控制,通过仿真和实验验证,证明该耦合系数估计方法在准确度、实时响应、提升电能传输效率等方面均具有明显优势,验证了该方法的有效性和正确性。     

频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究

谐振耦合电能无线传输实际应用的瓶颈是谐振频率的失谐。本文基于谐振耦合电能无线传输机理和模型,分析了发射线圈与接收线圈的固有谐振频率变化对无线传输效率的影响和失谐机理,发现发射线圈电感变化是影响电能无线传输效率的主要因素之一,由此提出了发射功率源工作频率同步跟踪发射电路固有谐振频率的频率跟踪控制方法,从而保证了谐振耦合电能无线传输的谐振输电方式,避免了谐振频率的失谐,大幅度地提高了输电效率。文中制作了一个谐振频率为1MHZ的无线电能传输系统原理样机,验证了该方法的有效性。     

2012亚太电磁兼容学术会议——最佳获奖文章

Analysis of EMF Noise from the Receiving Coil Topologies for Wireless Power Transfer摘要:归纳了线圈系统中CSSR和CSPR拓扑结构的电磁噪声特性。通过等效电路模型分析和设计了监视器的无线功率传输系统。关键词:无线功率传输;线圈;等效电路模型视点:从EMF噪声的角度研究无线功率传输系统的优劣。随着无线功率传输(WPT)技术的应用,现在可使用无线充电的手机也越来越多。WPT系统一般可以分为三     

基于磁耦合谐振的动态无线传能系统设计

利用磁场在谐振线圈的共振耦合,磁耦合谐振式无线传能技术可以提供中等距离和功率的传输。当收发回路耦合系数较高且处于过耦合状态时,系统发生频率分裂现象,激励源频率成为制约传输功率的重要因素。由于收发线圈之间的距离具有随机性的特点,负载接收功率和额定功率难以恰好匹配。为了提高能量的传输功率及其稳定性,经过系统建模和理论分析发现,可以采用罗耶振荡电路对最大传输功率频点进行实时跟踪,基于反馈链路的功率控制也是实现功率匹配的有效手段。实验结果表明,采用罗耶振荡器和前端升压电路顺利完成无线传能系统的频率跟踪和功率控制,实现在12 cm距离内5 W功率的稳定传输,从而验证了能量传输过程中优化控制的有效性。     

用于MR-WPT系统的圆导线平面谐振线圈结构研究

磁耦合谐振无线输电（MR-WPT）系统利用谐振线圈间的电磁场耦合谐振现象进行电能的无线传输,而谐振线圈的结构与系统整体性能关系密切。圆导线平面谐振线圈通常应用于兆赫兹的中大功率无线输电场合,其分析设计通常以有限元建模技术为主,难以得到计算线圈参数与设计线圈结构的解析表达式。针对此问题,建立了圆导线平面谐振线圈的数学模型,推导得到了线圈物理结构与其重要谐振参数之间的解析表达式。实验结果验证了所提方法的正确性与准确性。     

基于STM32的无线电能传输系统逆变电源设计

在无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）系统领域,谐振式WPT技术凭借其具有传输距离远、效率高等特点,受到学术界的极大关注。而高频逆变电源则是实现WPT的关键之一,因此该文介绍了一种基于STM32单片机和巴特沃斯滤波器的谐振式WPT电源设计方案。该方案通过使用STM32单片机输出PWM控制信号,进而控制IR2110驱动芯片来实现对全桥逆变电路的开关控制,由逆变电路输出方波。加入了巴特沃斯滤波器,实现了20 kHz高频正弦波的输出。利用该电源还搭建了一种WPT系统,验证了方案的可行性。该方案相较于以DSP芯片为核心的控制方案,具有成本低廉、结构简单、电磁兼容性好的特点,具备在小型WPT系统的潜在应用价值。     

基于SAR阻抗匹配的WPT最大效率跟踪控制方法

无线电能传输（WPT）技术因其安全、便捷、非接触等优点而备受关注。最大效率传输是WPT系统中一个重要课题。传统的最大效率跟踪方法通常设定系统在固定耦合条件进行负载阻抗匹配,然而,耦合系数会在初级和次级线圈相对位置变化时不可避免地发生变化。提出基于耦合系数辨识与半有源整流（SAR）阻抗匹配的最大效率跟踪控制方法,该方法利用SAR结合耦合系数识别进行阻抗匹配,开关控制电容（SCC）补偿其阻抗虚部,避免了整流电路中非线性因素的影响。同时系统响应较快且控制方法便于实现。仿真和实验结果表明,耦合系数和等效负载变化时,都可以准确估计耦合系数并跟踪至最大效率点和输出恒压。     

谐振式电能无线传输系统中串串式模型研究

谐振耦合式电能无线传输系统利用磁场通过近场传输,具有辐射小、效率高、传输距离远且方向性强等特点。文中采用等效简化电路方法分析了谐振式电能无线传输系统串串模型的间距、工作频率、负载等参数对传输效率和功率的影响及内在关系,进一步推导出其计算模型。在间距和负载一定的条件下,通过Matlab仿真得到效率最优与功率最大时的工作频率相一致,输出功率对工作频率的变化敏感度更高这一规律。此外,设计了一套串串式结构的谐振式电能无线传输装置,通过实验验证了理论分析的正确性,为研究电能无线传输提供了参考。     

基于模型预测控制的谐振式无线电能传输系统

近年来无线电能传输以安全、便捷等优势被广泛应用,针对磁耦合谐振式无线电能传输系统输出的可靠性和灵活性问题,采用广义状态空间平均法建立模型,利用模型预测控制器调节输出电压。通过模型仿真,将模型预测控制器与传统PID控制器、模糊PID控制器对设定值的控制效果以及跟踪效果进行对比,结果表明,模型预测控制器输出更为平滑,调节时间更短,控制精度更高,超调量更小,能够很好地达到设定值,且跟踪效果更为稳定。     

电磁谐振耦合无线电能传输实验装置研究

电磁谐振耦合无线电能传输技术是现今最流行的WPT技术之一,其最主要的特点就是中等传输距离以及高校非辐射能量传输。该技术是以电磁场为媒介,运用2个或者是多个相同谐振频率以及高品质因数的对应电磁谐振体系,经过磁耦合谐振的作用来呈现电能传输无线输电技术,该技术可以说是无线输电技术的新研究趋向。     

关于磁耦合谐振式无线电能传输分析

磁耦合谐振式是一种无线电能传输系统,可以最大程度使无线电能传输技术发挥出来。磁耦合谐振式是利用空间线圈感应原理和等效电路分析原理,能够更好地分析出电压频率曲线以及电能传输情况。此外,根据空间分配原理,合理摆放空间线圈,分析出空心线圈数值与方向的关系,提出无线电能过耦合、临界耦合和欠耦合3种状态。文章以有关实验为基础,与其他实验结果进行比对,具体得出无线传输电能的现实性状态,并且提出有关建议。     

用于无线能量传输系统的微带天线设计

本文提出一种用于组成无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)系统的微带天线结构,并采用基于有限元法的电磁仿真软件(HFSS)对微带天线进行3D建模.在二端口网络分析法的基础上,建立磁耦合共振无线能量传输等效电路模型,求解出系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式.基于以上方法,研究本文设计的微带天线传输特性,包括:系统的最优传输效率与耦合距离的关系,工作频率与耦合距离的关系,得出在能量传输距离在50cm左右时,天线的谐振频率为12.5MHz,效率可达63%.微带天线具有很大的结构优势,如与集成电路兼容,成本低,体积相对较小,且工艺相当成熟,易大规模批量生产等优势.因此该设计的平面微带天线可用于无线能量传输系统.     

耦合谐振无线电能传输中负载线圈的影响分析

从两个相同谐振频率线圈耦合模型出发,介绍了系统的工作原理。分析了负载线圈对系统效率和距离的影响,并利用Matlab对其进行实验仿真。通过与硬件测试结果对比分析验证了理论的有效性,为提高无线电能传输距离和线圈的优化设计提供参考。