谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

非接触电能传输系统中松耦合变压器传输特性

非接触式电能传输作为一种新的电能传输技术,具有很好的应用前景,介绍了非接触式电能传输系统的组成和基本原理。松耦合变压器是非接触式电能传输系统的关键组成部分,建立了松耦合变压器的模型,分析了线圈电阻、耦合系数等参数对松耦合变压器传输特性的影响。     

影响共振磁耦合无线输电效率的关键技术研究与分析

正无线电能传输技术作为一种新的电能传输技术具有广泛的应用前景。针对共振磁耦合无线电能传输关键技术进行研究,从频率分裂现象,提高驱动源电压和传输结构三个方面对功率和效率的提高进行介绍,并对结果做了较为详细的分析,为提高无线电能传输功率和效率的研究提供了参考和借鉴。     

中等工作频率下MRPT传输效率研究

针对磁共振式无线电能传输因工作频率过高难以付诸于实际应用的问题,从降低工作频率出发,研究了该电能传输在中等频率下电能传输效率。根据电路理论推导了电能传输特性,并根据中等频率条件下的线圈参数取值,研究了耦合系数、品质因数及负载对传输效率的影响及优化条件。研究表明:在传输距离相对固定的条件下,应设法提高线圈品质因数以获得较高传输效率,而在传输间距变化幅度较大时,应选择合适的线圈品质因数,以避免传输效率波动导致的电能传输不稳定;对于已有的电能传输系统,应根据耦合系数选择合适的阻抗,以获得传输效率的最优化。搭建了基于印制电路板的四线圈结构电能传输装置,在462 k Hz工作频率下进行了实验研究,得到了一致的结论。所做研究对磁共振式无线电能传输的实际应用具有一定的参考价值。     

基于移幅键控的磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输方法

在无线电能传输系统中,信号无线传输同样重要。仅用一套线圈就实现电能与信号无线传输(即无线电能与信号同步传输)是无线电能传输技术产业化必须解决的首要问题,也是当前无线电能传输技术研究的热点问题之一。在四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统基础上,结合移幅键控(ASK)调制与解调方式,提出一种新型的无线电能与信号同步传输方法,并设计其调制、解调电路和同步传输线圈。最后搭建相关的实验系统验证了所提同步传输方法的可行性和有效性。     

双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证

双频段无线电能传输系统可以提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输。根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路,并设计了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,系统接收端采用陷波电路分离信号和电能。构建部分元等效电路对线圈阻抗特性、系统电能传输能力和传输效率进行计算,由此得出系统可同步传输信号并且不影响其电能传输效率。最后,设计了和理论计算系统参数一致的实验装置进行实验验证,结果与理论分析具有较好的一致性,验证了设计方法的有效性。     

基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究

磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术,与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高、条件要求低等明显优势,目前国内对此技术的研究大都处于探索阶段。为了准确把握技术核心以及关键点,本文首先建立了无线电能传输模型,并在此基础上利用互感原理和耦合理论对传输效率进行了推导,得出了谐振频率、线圈互感、线圈品质因数等影响传输效率的关键因素。随后,通过大量实验验证了上述理论分析结论,并且对理论推导结论中未体现的因素进行了实验探索,所得结果对原有理论进行了有益补充,在实验室条件下实现了传输效率为60%、接收功率为2W的电能传输。另外,在对发射谐振频率和接收谐振频率与系统谐振频率的关系分析中,利用互感理论解释了接收端谐振频率与系统谐振频率相同的必要性。最后,总结了在磁耦合谐振式无线能量传输技术应用过程中提高传输效率和有效传输距离的若干方法。     

任意空间位置线圈的互感计算方法

磁耦合谐振式无线电能传输技术通过空间分离线圈之间的电磁耦合实现电能的无线传递,耦合线圈尺寸的不同和相对位置的变化会引起线圈间的互感变化,继而影响无线电能传输系统的特性。以常见的矩形截面空心线圈为分析对象,对任意空间位置线圈间互感的计算方法进行研究,通过纽曼公式和细分求和法推导了互感的理论计算公式,为静态和动态无线电能传输系统的设计提供支持。在耦合线圈具有不同轴向距离、径向偏距及旋转角度等空间位置情况下,公式编程计算和实验测量结果都具有一致性,证明了计算方法的正确性。     

无线电能传输系统的研究与设计

本文详细介绍了Qi标准给出的无线电能传输系统基本配置,设计了基于无线电能传输技术的无线电能发射电路、无线电能接收电路、通信与控制电路。测试结果表明,设计的简易无线电能传输系统在短距离内可以实现稳定的电能传输,为进一步研究大功率远距离无线电能传输技术及其可靠性奠定了技术基础。     

全方位无线电能传输系统设计

针对泛在监测背景下低成本、复杂度低的全方位无线电能传输系统需求,从线圈设计角度提出了一种使用单电源的全方位无线电能传输系统。该系统发射线圈设计为一条导线制成的六面连通立方体,接收线圈为单个矩形线圈。通过磁场分布和互感特性的仿真分析,选择了最优的全方位线圈结构。实验表明在发射线圈任意角度传输功率和效率均能满足无线电能传输系统要求。最终从传输距离和传输角度两个方面,总结了全方位系统的电能传输规律,为接收线圈的最佳安装范围提供依据。     

基于无线电能传输技术的电动汽车V2G系统关键参数监测技术

将无线电能传输技术应用于电动汽车入网(V2G)领域具有重要的研究价值及实用价值。对双向无线电能传输系统的原理进行了分析,在此基础上针对影响系统能量传输方向的相角差和影响传输效率的电压比展开了分析;进一步提出在次级侧与主功率线圈同轴安装探测线圈的方法对上述两参数进行实时监测,给出了参数的获取方法,并设计了仿真与实验验证所提方法的可行性。     

自谐振线圈耦合式电能无线传输的 最大效率分析与设计

谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法,它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后,设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证该文的理论研究。     

一次侧线圈阵列的无线电能传输系统设计

无线电能传输系统采用松耦合变压器进行能量传递,但由于发送端与接收端相对位置较远,耦合系数较低,故带来磁路环节传输效率低的问题。根据松耦合变压器的互感模型,分析了几种因素对传输效率的影响,并选择一次侧和二次侧电路均串联电容的补偿方式,设计了带有两个一次侧线圈的无线电能传输系统,包括一次侧线圈切换电路、电流检测电路以及控制程序。该设计提升了整个系统的功率因数,有效地改善了磁路环节的传输效率。     

感应和谐振无线电能传输技术的发展

随着科技的不断发展和进步,无线电能传输技术已成为国内外最受关注的研究课题,是未来电力发展的必然趋势。首先介绍无线电能传输技术的起源,追溯到电磁波的发现;接着分析无线电能传输技术的三种主要形式,包括感应无线电能传输技术、谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。在此基础上,对三种形式的无线电能传输技术的发展现状进行论述,详细阐述目前国内外无线电能传输技术的研究成果,并对比分析目前研究最广泛的感应和谐振无线电能传输技术在原理、系统构成、分析方法以及运行条件上的异同,最后对无线电能传输技术在各个领域的应用进行了展望。     

基于多接收耦合线圈模式的无线电能传输系统特性分析

在大功率无线电能传输系统的应用中,为降低系统设计难度会采用多接收耦合线圈并联的方式降低器件应力,但是对该模式的特性需要详细分析。在相同输出功率和负载的约束下,对比分析一对一耦合线圈模式和多接收耦合线圈模式,采用固定变量法分析多接收耦合线圈个数与系统互感、频率、负载和效率的关系。在多接收耦合线圈模式下,对单负载和多负载两种情况下系统参数进行推导和分析,论证多接收耦合线圈在提升系统效率方面的优势。最后,通过实验结果验证了多接收耦合线圈模式对系统效率提升有一定的作用。     

On the impact of relay circuit losses in four-coil wireless power transfer systems

In wireless power transfer (WPT) systems with more than two coils, the intermediary or relay circuits are used to extend the link distance. Thus, to achieve this extension efficiently in terms of power transfer, these relay circuits must have low losses. However, there are several instances in which there are restrictions in reducing the ohmic losses in all the relay circuits of the system. This is the case of biomedical applications where commonly there are size and access restrictions since one of the circuits can be implanted and also in applications using high-temperature superconductor (HTS) coils due to the difficulty in implementing the necessary cooling system for all the coils of the system. Therefore, in these situations, the designer need to choose which relay circuit will be optimized. In this work, it is presented an analysis on the impact that losses in individual relay circuits have on efficiency, and power transfer, of typical four-coil wireless power transfer systems consisting of circuit 1 (transmitter), relay circuits 2 and 3, and circuit 4 (load). It is shown that the losses on relay circuit 2 have greater impact on efficiency, while the losses of relay circuit 3 have a greater impact on power transfer for a given condition. Practical experiments confirm the developed analysis.     

磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件,具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理,总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择;然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围;最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。     

基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统的研究

针对多负载无线电能传输系统存在负载之间功率分配不均及取放负载时对其他负载有影响的问题,提出了基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统。首先,利用电路互感模型对该系统进行了建模分析,推导出了流过发射线圈的电流、输出电压及效率的表达式,研究了工作频率和负载个数对效率的影响,该系统还具有恒压输出的特性。其次,为了使发射线圈产生的磁场更加均匀,发射线圈采用赫姆霍兹线圈,利用有限元仿真软件设计了两种赫姆霍兹线圈,这两种赫姆霍兹线圈在轴中心附近的较大范围内产生均匀的磁场。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

多线圈无线电能传输系统效率最大化研究

感应式无线电能传输系统主要依靠耦合线圈将能量从电源端传输到负载端。多线圈的耦合特性可以用来构建多输入多输出的无线能量传输网络,目前针对此类网络的稳态特性分析仍然不具有通用性。传输效率作为系统稳态特性之一,是多线圈系统的重要优化目标。由于线圈寄生电阻使得耦合器损耗占据整体系统损耗的大部分,因此,优化系统效率的关键在于最大化耦合线圈效率。首先,建立任意耦合线圈个数的无线充电系统的电路模型,依照输入输出稳态特性分析效率最大化的影响因素以及最优效率点下的功率分配和损耗;其次,仿真验证不同输入端和不同输出端时理论分析的准确性;最后,搭建实验平台验证多发射多接收无线充电系统效率最大化点的稳态特性。     

平面螺旋线圈的无线电能传输特性研究

收发谐振体是无线电能传输系统的重要组成部分,它的性能直接决定了整个系统传输效率的大小.选择平面螺旋线圈作为收发谐振体,通过有限元仿真软件HFSS分析了线圈的属性(匝数、基板材料、层数等)对线圈参数的影响趋势,并分析了谐振体之间的能量传输特性,仿真结果表明了线圈之间的耦合因数比线圈Q值对传输效率的影响更大.最后综合考虑线圈的性能和制作成本,选择最优线圈作出实物并搭建无线电能传输装置,整个装置能够在线圈直径2.5倍的450 mm距离内点亮15W的LED灯泡,传输效率达到60％以上.