电动汽车无线充电磁耦合器屏蔽层的优化设计

针对电动汽车车载无线充电磁耦合器体积和重量大、铁氧体易碎裂的问题，提出了一种由铁氧体磁片、纳米晶带材及铝箔构成的复合屏蔽层磁耦合器。通过Maxwell分别对铁氧体和四种纳米晶磁芯的性能进行分析和比较，在机器学习得出磁耦合器最优磁芯结构的基础上，优化设计了复合屏蔽层结构及各部分材料构成比例，与传统铁氧体磁片和铝板构成的磁耦合器相比，所提出的复合屏蔽层磁耦合器在减小了体积和重量的同时，互感和耦合系数分别提高了8.2%和0.7%,成本减小了47%。最后搭建了传输距离为12 cm的实验平台进行了验证。     

无线充电用磁屏蔽材料

随着近代无线充电技术的兴起,无线充电设备中磁屏蔽材料受到了日益广泛的关注。磁屏蔽材料在无线充电系统中能够增强线圈感应磁场,具有较高的磁性收敛效果;同时屏蔽金属导体对线圈磁场的衰减干扰,防止磁能的损耗,提高充电效率。对MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、非晶合金和纳米晶合金四种无线充电磁屏蔽材料进行了分类综述,简单介绍了各类材料的发展历程以及在磁感应式无线充电领域的应用情况。最后比较性能上的差异,提出无线充电磁屏蔽材料发展所面临的问题,分析了该领域未来发展的趋势。     

铝板-铁氧体屏蔽对无线充电系统特性影响研究

为了研究屏蔽结构对磁耦合谐振式无线充电系统参数的影响，本文理论分析了铝板、铁氧体结构对无线充电系统参数的影响机理，搭建无线充电系统场路耦合计算模型，对比分析了添加铝板及铝板-铁氧体复合结构后无线充电系统空间磁场特性和系统参数变化规律，并通过模拟实验验证铝板-铁氧体复合结构的有效性。研究结果表明：单独使用平板式铝板作为屏蔽结构时，无线充电系统会受到外部金属板的影响，发射线圈电压由254.84 V上升至486.1 V,发射线圈电流由3.84 A上升至8.1 A,传输效率下降、涡流损耗增大；当采用优化后的铝板铁氧体复合屏蔽时，铝板屏蔽结构对系统的影响程度下降，相对于平板铝板结构，电压下降至298.82 V,电流下降至4.31 A;模拟实验中，增加铝板屏蔽后，发射线圈电压由18.6 V上升至19.2 V,而负载电压由7.8 V下降至6.64 V;当增设铁氧体后，发射线圈电压恢复至18.6 V,负载电压提升至7.36 V,模拟实验结果表明铁氧体结构能有效缓解金属板对系统电气参数的影响。     

电动汽车无线充电系统辐射及屏蔽问题研究

电动汽车无线充电技术因为具有便捷、智能等优势越来越受到关注,但其辐射过高等安全性问题仍有待解决。为研究电动汽车无线充电系统工作时辐射的分布及屏蔽问题,首先推导了串串型无线充电系统输出功率表达式,以及发射线圈和接收线圈电流的表达式,并通过MATLAB编程计算了在特定功率下发射线圈和接收线圈电流值。其次通过MATLAB/Simulink搭建上述无线充电系统模型,并得到发射线圈和接收线圈的电流仿真值,验证理论结果的正确性;以上述电流值修正结果为激励,搭建ANSYS Maxwell模型并仿真有无底盘屏蔽层存在时系统的参数差异,总结了底盘屏蔽层对系统的影响;最后,设计了新型屏蔽层,并通过仿真验证了新型屏蔽层的屏蔽效果。     

基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析

为降低电动汽车无线充电耦合机构工作时对非工作区域内电磁环境的影响,并提高耦合效率,对电动汽车无线充电过程中空间电磁能量约束问题设计了一套带有屏蔽的能量耦合机构,建立了其有限元模型,有限元计算和实验结果验证了该方法的可行性。实验结果表明,耦合机构外加铁氧体屏蔽后,传能区域内的磁场被约束在发射耦合机构与接收耦合机构之间,空间磁场均匀性增强,屏蔽层之外的磁场强度远小于未加屏蔽的耦合机构,降低了辐射损耗,同时加入屏蔽结构耦合机构的电感量增大,谐振频率降低。其在远距离、水平偏移等耦合性差的工作环境下能有效提高系统传输功率,且能减少电动汽车无线充电对外界的电磁干扰,增强无线充电系统工作的稳定性。     

电动汽车无线充电磁耦合器设计及其损耗分析

针对电动汽车(EV)无线充电中磁耦合器损耗的问题,研究了双LCC复合谐振补偿电路的EV无线充电方法。通过分析影响电能传输效率的因素,对磁耦合器进行漏磁场屏蔽仿真和损耗分析,设计了高效率的磁耦合器。在EV160电动汽车上进行了实验,输入功率3.7 kW,磁耦合器传输效率95.4%以上,整机最大传输效率87.2%,最小传输效率68.4%,有效降低了漏磁场产生的涡流损耗,提高了传输效率。     

电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽研究

为了降低电动汽车无线充电过程中车身周围的磁感应强度,本文提出了一种有源线圈屏蔽的方法.首先,建立了有源磁屏蔽系统和无线充电系统的联合模型,推导了有源磁屏蔽系统的理论方法及设计步骤.然后,通过有限元仿真验证了该有源磁屏蔽方法的有效性,最后,设计了一套3.3 kW无线充电系统的有源磁屏蔽台架,成功实现了电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽,并通过进一步优化有源磁屏蔽线圈中的电流幅值和相位,实现了最佳的有源磁屏蔽效果,证明了该有源磁屏蔽理论及设计方法的有效性.     

基于广义层合理论的无线电能传输纳米晶高性能屏蔽方法研究

铁氧体+纳米晶(ferrite + nanocrystalline,FN)层合后的屏蔽性能与材料及结构相关。为解决传统铁氧体屏蔽性能不足问题,提出一种综合考虑材料特性与结构尺寸的广义层合理论,给出磁屏蔽性能评价参数与理论计算公式,基于所提理论分析FN层合磁屏蔽综合性能,并设计新型FN高性能层合磁屏蔽。通过有限元仿真分析层合屏蔽系统的能效损耗和空间漏磁分布,搭建相应的无线电能传输实验系统和三维空间磁场测试平台,定量测试FN层合屏蔽系统的功率损耗,传输效率及空间磁感应强度。仿真及实验结果表明,提出的广义层合理论方法具备准确性,新型FN层合磁屏蔽较传统铁氧体具备更高性能。     

电动汽车无线充电新型DD耦合机构设计与优化

基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。     

电动汽车动态无线充电系统集成线圈设计与实验研究

高效性和紧凑性是电动汽车无线充电的两个重要指标,双端LCC补偿网络为无线充电系统提供了一种高效补偿方式,但两个谐振电感导致系统体积和电磁干扰增大,限制了该方法在动态无线充电系统中的使用。为解决该问题,本文提出一种新型集成式电磁耦合机构,将谐振线圈集成到主线圈上,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,给出可提供系统高效率的耦合线圈的标准化设计与优化过程。本文在4. 8kW动态无线充电实验平台上,对比分析非集成式动态无线充电系统和集成式动态无线充电系统,验证了新型集成式耦合机构在效率、体积、磁场屏蔽方面具有更大优势。     

基于三维电磁仿真软件的无线充电耦合机构建模与仿真研究

针对电动汽车无线充电技术,考虑发射线圈和接收线圈发生径向偏移的情况,基于两线圈结构的串串型拓扑,通过三维电磁仿真软件Maxwell来对比圆形、矩形和DD型线圈的抗偏移性能。通过添加磁芯和铝板等对所选线圈进行优化设计。借助Maxwell和Simplorer实现联合仿真,验证该无线电能传输系统设计的可行性。在两线圈间发生偏移的情况下,为实现无线电能传输系统的传输效率达到95%以上的目标,给出了一种基于线圈比较选择的磁耦合机构设计流程,并根据流程设计了切实可行的无线电能传输系统。通过试验验证了该系统的可行性。     

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。     

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

全方向无线电能传输电磁耦合系统仿真分析

近年来,全方向无线电能传输技术由于具有位置鲁棒性好、安全可靠性高和环境亲和力强等独特优势,受到国内外研究机构和科研院所的广泛关注.高性能的电磁耦合系统作为全方向无线电能传输系统的关键环节,对实现高效的系统能量传输有着至关重要的作用.首先,运用电路理论建立了全方向线圈结构的等效电路模型,得到系统输出电压和输出功率的表达式...     

Circuit modeling and efficiency analysis for wireless power transfer system with shielding

It is an effective way to use magnetic shielding scheme in magnetic coupled wireless power transfer (WPT) system to reduce magnetic flux leakage. However, the additional shielding material would affect the equivalent circuit model and the power transmission efficiency of WPT system. Although the impact of some common shielding materials on the transmission efficiency has been studied using finite element simulation, there is still a lack of understanding about the impact to the equivalent model in theory. In this paper, the equivalent circuit and transmission efficiency of WPT system are analyzed theoretically under the influence of different shielding materials, and the relationship between material electrical characteristics and transmission efficiency is presented. In our WPT prototype with two 166-mm diameter coils under ferrite shielding and aluminum shielding, the achieved maximum transmission efficiencies are 95.7% for 100-kHz resonant frequency and 97.9% for 1-MHz resonant frequency under the ferrite shielding, and the efficiency errors between the analytical and experimental results are less than 5% for 100-kHz resonant frequency and 10% for 1-MHz resonant frequency.     

分拣机器人无线传能系统耦合机构的仿真

物流行业飞速发展,大量的物流分拣机器人投入使用,其充电方式以接触式充电为主,存在一定的安全隐患,因此,文中提出对其采用磁耦合谐振式无线电能传输技术进行无线充电,通过有限元软件COMSOL对无线传能系统线圈进行仿真,对所提出的三种线圈仿真模型进行了磁场仿真以及数值计算,仿真并分析了三种模型的磁场强度分布和距离变化对传输特性的影响。仿真结果表明,矩形轨道式无线传能系统传输效率与负载功率相对稳定,更适合对分拣机器人进行无线充电。     

基于BP神经网络的线圈定位技术研究

随着人类社会电动汽车普及化程度的提高,电动汽车无线充电作为一种更为方便快捷的充电方式也逐渐投入使用。电动汽车无线充电过程中发射线圈与接收线圈的对准与否直接关系着充电功率与充电效率,本文提出了一种基于BP神经网络的接收线圈定位技术,通过建立以探测线圈感应电压为输入层、接收线圈二维坐标为输出层的神经网络实现定位功能,并通过仿真和实验验证了所提出的定位方法。该技术有助于指引驾驶员或自动驾驶系统驾驶车辆对准发射线圈,对电动汽车无线充电技术的发展与推广应用具有积极意义。     

锥形线圈无线电能传输特性优化

锥形线圈具有平面螺旋线圈与柱形螺旋线圈的综合特性,可用于无线电能传输系统中的磁耦合机构。本文首先基于电路理论建立模型,推导出磁耦合机构参数与系统输出参数的关系;然后利用Maxwell软件,从磁感应强度与互感的角度分析与比较传统平面螺旋线圈与圆柱螺旋线圈,提出匝间距不同的两种锥形线圈,两种线圈分别使用铁氧体板及铁氧体条;最后搭建无线电能传输系统实验样机。实验与仿真结果表明,与柱形螺旋线圈相比,锥形线圈结构作为发射线圈时,接收线圈在偏移距离为0～75mm内可获得最高达85.5%的电能传输效率,最高提升4.9%;偏移距离为0～50mm内输出功率也较高,最高达264W,提升15.3%。