感应无线供电系统的线圈自定位方法研究EI北大核心CSCD

感应无线供电技术是解决植入式医疗器械等移动设备灵活用电的有效途径之一,而实际应用中发射与接收线圈之间的相对位置由于难以精确对准,导致系统传输功率和传输效率下降,给系统的高效运行带来不利影响。为此,该文提出一种基于互感参数辨识的感应无线供电系统线圈自定位方法。该方法无需借助额外的辅助线圈和定位传感器,通过推导互感与线圈位置之间的数学解析式,并结合位置扰动下的互感变化,求解出发射线圈的三维空间坐标,实现感应无线供电系统发射线圈和接收线圈之间的自主定位。以S-S拓扑的感应无线供电系统搭建电路并进行实验验证,结果表明,该方法能够实现发射线圈与接收线圈之间的有效准确定位且定位精度和耦合线圈尺寸(直径)无关,定位精度达到1mm以内,可满足实际应用的需求。     

无线充电系统发射和接收线圈优化

发射线圈和接收线圈是无线充电系统中的关键组成部分,二者的尺寸以及两线圈间的距离影响着系统的传输功率及效率,但对于两个线圈尺寸的最优匹配问题还未有系统的设计方法。针对此,以圆形发射和接收线圈为例,推导两线圈间的互感公式,用Mathcad绘制两线圈间互感随两线圈的径径比、接收线圈与传输距离间径距比变化的曲线,不同径距比下互感随发射线圈宽度变化的曲线,以及互感随发射线圈内外径变化的曲线。根据以上曲线得出两线圈的最优匹配尺寸,并以此进行了3组线圈匹配优化实验,分别绘制出输出电压和系统效率随传输距离的变化曲线。相关实验验证了所提优化方法的可行性。     

动态无线电能传输系统多接收线圈正反串联结构的互感计算与优化

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作.为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率.首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,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,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性.结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81％.     

基于DC/DC电路的无线充电系统功率稳定控制方法

在无线电能传输系统中,负载的接收功率对发射线圈与接收线圈之间的互感与负载阻值的变化比较敏感,当接收线圈与发射线圈之间出现偏移或负载等效阻抗变化时,需要通过有效的控制方法较快地保持负载接收功率基本稳定。文中在分析次级侧包含DC/DC电路的无线电能传输系统结构的基础上,给出了互感与负载电压、负载电流之间的关系,并推导出了DC/DC电路的占空比与负载接收功率之间的关系;然后提出通过检测负载电压、电流,调节DC/DC电路的输出功率稳定控制策略;最后,通过Matlab/Simulink仿真以及样机实验,验证了文中理论分析与控制策略的有效性和正确性。     

电容器参数对感应线圈炮发射特性影响的分析

为提高感应线圈炮抛体加速力、出口速度和系统效率,在介绍了发射原理后建立了单级同步感应线圈炮的等效电路模型,将抛体电枢的电阻和电感通过互感反映到驱动线圈回路电路中以简化抛体电枢加速力的计算过程并采用电磁场有限元计算与嵌入式外电路耦合的方法,瞬态仿真分析了电容器不同电容值和不同电压值对感应线圈炮发射性能的影响。仿真结果表明:感应线圈炮发射时的放电脉冲电流波形与独立的LCR放电波形不同,驱动线圈与抛体之间的互感变化对放电时间常数有影响,抛体涡流引起的反感应电动势对驱动线圈的电流变化有阻碍作用,增大电容器的电容值或电压值都能够增强抛体的加速力,但是系统发射效率并不一定提高。最后指出,在高速感应线圈炮的设计中,应当减小脉冲电容器的电容值,同时提高电容器的充电电压值。     

基于LCL谐振变换器的电磁感应式非接触电能传输系统动态调压控制方法

为了解决电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统输出电压的可控动态调节问题,提出一种基于LCL谐振变换器的动态调压控制方法。发射端采用具有恒流输出特性的LCL谐振结构,使得流过发射端耦合线圈的电流呈现恒流特性。在接收端LCL谐振变换器输出侧并联一个用于调节电能输出的可控开关管,通过控制开关管的开关状态,实现电能的可控输出。当开关管关断时,接收端LCL谐振变换器输出电能给负载,输出电压上升;当开关管开通时,负载侧电能输出被切断,输出电压下降。通过检测输出电压,对可控开关管进行负反馈控制,可以动态调节电能输出功率,实现输出电压的动态调节。该方法只调节接收端,无需使用无线信道与发射端通信,电路结构及控制方法较为简单、易于实现,且适用于一个发射端对多个接收端无线供电。最后,搭建了2k W ICPT系统原理样机。通过实验验证了所提方法的可行性和正确性。     

一种基于新型拓扑的动态感应电能传输系统研究

当感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统为轨道机车负载供电时,其发射线圈通常采用长D型结构,但D型结构作为发射线圈会产生严重的电磁干扰问题,本文利用8字型线圈结构作为发射线圈,同时考虑到利用传统D型接收线圈时,因发射线圈与接收线圈间的互感值变化幅度大,使得其IPT系统输出功率严重失衡甚至无功率输出,这样严重影响IPT系统的稳定运行,因此本文将DDQ型结构作为接收线圈以改善IPT系统的功率特性。最后,构建一个基于8字型发射线圈以及DDQ型接收线圈的IPT实验系统。实验验证了该方法可以有效改善其功率特性。     

无线电能传输抗偏移线圈的设计方法

无线电能传输技术具有灵活性高、安全、美观等优点,因而受到广泛关注和研究。传统线圈由于磁场分布不均匀,导致接收端在发生偏移时,互感系数发生变化,进而影响系统稳定性。针对上述问题,提出一种利用穷举推导抗偏移线圈参数的方法。该方法首先根据所需发射和接收线圈尺寸、线圈气隙,穷举出不同匝数和匝距的发射线圈。然后利用互感公式计算线圈发生偏移过程中的互感数值,并判断线圈发生偏移时互感是否稳定,最后通过筛选可以得到所需线圈的绕制参数。利用所提方法推导抗偏移线圈,计算时间较短,设计精度较高。通过实验验证,证明了所提方法的有效性。     

旋转物体上电子设备无线供电技术研究

为了给安装在旋转物体上的电子设备进行无线供电,本文以鼓风机设备为例,提出了一种感应耦合式无线电能传输系统,将接收线圈和传感器固定在鼓风机叶片上,随着叶片一起旋转,发射线圈安装在鼓风机静止部分。接收线圈和叶片的旋转会导致互感变化,从而影响传输能量的平稳性。针对这一问题,本文发射端采用LCC补偿,以实现发射线圈恒流特性。为了使接收侧在旋转的任何位置都能接收到足够的功率,本文采用了两个发射线圈和两个接收线圈的结构。分析了两个接收线圈的两种连接方式对系统传输功率和传输效率的影响。搭建了仿真和实验平台,对比研究了两接收线圈串联和两接收线圈并联两种方式。结果表明,在获得最大功率和提高传输效率方面,并联方式都优于串联方式。     

可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法研究及应用

提出一种可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法,通过对隔离开关触头压紧弹簧压力和触头温度的综合判别来实现,根据压力的突变量大小来判别隔离开关处于分位还是合位,当判断隔离开关处于合位时,根据温度的高低来判断触头接触状态是否良好。该方法简单可靠,实时性好,解决了现有隔离开关分合位置判别方法不能判别隔离开关处于半合状态的难题,对于电网设备的安全稳定运行具有重要意义。     

基于复合拓扑的无线电能传输系统优化策略

在无线电能传输过程中,受初级发射线圈及次级接收线圈之间相对位置以及电池内阻在充电过程中随时间变化的影响,线圈之间耦合情况以及系统负载大小在电能传输过程中动态变化,导致系统偏离最优效率工作点而引起传输效率下降。针对该问题,提出基于LCL-S型拓扑的无线电能传输系统效率优化策略。首先根据电路原理对系统进行理论分析,其次,根据谐振拓扑次级输出电压和初级输入电压有效值之比与负载解耦的特点,提出线圈互感大小估算方法,并通过对负载侧Buck-Boost电路控制信号施加扰动,寻找最优效率工作点,实现系统在电池恒流-恒压充电模式下效率优化。最后基于半实物仿真平台实验验证了该方法的有效性和可行性。     

自动导引车无线充电系统中发射线圈优化设计

为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题,提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路,推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系;其次对平面环形线圈进行等效建模,得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式;然后在特定接收线圈下,利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系,并在自动导引车的充电距离下,优化设计了发射线圈的内外半径;最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明,优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率,从而验证了所提设计方法的正确性。     

电子式电流互感器电磁抗干扰仿真与测试

为提高电子式电流互感器电磁防护性能,对其进行等效电路建模仿真与试验测试。在隔离开关分合容性小电流试验状态下,搭建隔离开关分合模型,得出操作过电压和过电流的电流仿真波形,以此暂态电流信号为激励源,对罗氏线圈建立等效电路模型,仿真隔离开关分合操作时的罗氏线圈输出为高频信号,输出电压峰值高达680 V,导致采集单元中A/D转换器无法正常工作。最后针对罗氏线圈输出信号的特点,提出TVS管与RC低通滤波器相结合的电磁抗干扰措施,并对抗干扰措施进行建模仿真,结果表明瞬态电压峰值可降到0.6 V以下。通过对电子式电流互感器进行隔离开关分合容性小电流试验测试,测试结果证明了上述的建模方法及抗干扰措施的有效可靠性。     

巡检机器人无线充电线圈偏移容忍力改善研究

为了解决巡检机器人无线充电时两耦合线圈偏移导致耦合系数下降速度过快的问题,提出一种发射和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立感应耦合式电能传输系统等效模型,得到传输效率与线圈互感和内阻的关系,并利用有限元仿真软件得到圆形和方形线圈间耦合系数在不同偏移失调情况下的变化曲线。然后推导出圆形线圈间耦合系数与半径比和距径比的关系,根据该关系和限定条件得到优化后圆形和方形线圈尺寸。最后绕制线圈进行实验验证,对比发射线圈优化前后对耦合系数和传输效率的影响。实验结果表明:优化后线圈可以明显减缓耦合系数的下降,提高系统传输效率,验证了所提设计方法的正确性。     

基于四线圈的动态无线输电的位置检测

在无线输电系统中,当接收线圈相对于发射导轨或线圈发生左右偏移时,二者之间互感下降,从而导致电动汽车获取的电能减少,系统效率下降.针对这个问题,提出一种车辆位置检测方法,将其应用于发射侧为分布式发射线圈的动态无线输电系统中,为接收侧的驾驶员提供车辆相对于发射线圈的位置信息,协助驾驶员主动调整车辆位置,使接收线圈尽量与发射...     

基于电磁感应原理的绝缘子防(融)冰技术方案探讨

提出一种基于电磁感应原理的架空线路绝缘子防(融)冰技术构想方案:在绝缘子外表面涂敷绝缘导热涂料,在绝缘子铁帽表面缠绕高频闭合感应线圈,在绝缘子附近(导线下方)安装一高频电磁波发射装置;启动高频电磁波发射装置向闭合感应线圈发射高频电磁波,使其获得感应电磁能,致使线圈产生感应电流而发热,并通过绝缘导热材料传导到绝缘子表面,从而达到防(融)冰的目的。推导了高频闭合感应线圈所获得的感应电磁能(所能产生的热量)与高频电磁波波长、发射天线半径、闭合感应线圈结构尺寸等各项参数之间的关系,并进行了建模仿真,验证了各片绝缘子都能获得一定的电磁能和方案的有效性。     

分段导轨式动态无线充电系统电压波动性研究

分段导轨式动态无线充电过程中互感波动引起系统输出电压波动,为此采用双极性原边发射线圈和副边双接收线圈以降低充电过程中副边线圈途经导轨交界处的互感波动,保证系统输出电压稳定.首先对分段导轨式动态无线充电系统中2种状态所对应的电路进行建模分析,得出双接收电路的输出特性,接着基于麦克斯韦方程组对磁耦合机构进行优化设计使磁耦合...     

基于参数优化法的输出抗偏移感应电能传输系统研究

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统的耦合机构偏移造成耦合线圈互感变化,导致输出电压偏离额定值,影响系统的可用性。为此,提出一种基于串联补偿拓扑的电路参数优化方法,来提高系统在负荷变化和耦合机构偏移情况下电压增益的平稳性。最后,搭建了实验原型机来验证该方法的有效性,结果表明:系统参数优化后,当耦合线圈偏移时互感由47.5?H变化至66.6?H,交流侧负载由15?变化至25??时,电压增益波动范围为0.52～0.64,对应波动比例为10.3%,比理论波动值高0.3%。系统效率始终高于94.2%,且最高值达95.79%。     

感应电能传输中矩形螺线线圈互感耦合的解析建模与分析

线圈之间的互感是感应电能传输(IPT)系统设计的一个关键参数,准确地计算两个线圈之间的互感是优化IPT系统结构及提高传输效率的理论依据。该文利用二阶矢量位建立了两个矩形螺线线圈之间互感的解析模型。首先,将矩形螺线线圈简化为一系列矩形截面的同轴单矩形线圈,从而将矩形螺线线圈的磁场分布及其互感计算问题转为多个同轴单矩形线圈相应问题的叠加。然后,基于二阶矢量位公式,推导了矩形发射线圈的标势表达式,并在此基础上计算了穿过矩形接收线圈的磁通量。最后,推导了含有二重广义积分项的矩形螺线线圈互感的解析表达式,并以两个相同形状的矩形螺线线圈为例进行了模型验证,计算结果与实验测量值吻合良好。该方法可以为使用矩形螺线线圈作为耦合器件的IPT系统提供参数优化依据。     

海流冲击对IPT系统互感系数及传输性能影响研究

海洋复杂的洋流运动冲击会使耦合器初级侧、次级侧线圈相对位置发生变化，导致初级侧线圈与次级侧线圈互感发生变化，对感应电能传输(IPT)系统的传输性能造成影响。研究了海流冲击下IPT系统耦合线圈错位对传输性能的影响，建立了IPT系统耦合线圈的有限元模型，通过实验验证了在一侧耦合线圈发生横向、轴向及有角度的偏转时IPT系统的输出电压、电流以及输出功率、传输效率的变化。