谐振式无线电能传输系统的设计

系统以磁耦合谐振式无线电能传输技术为核心,通过在发射线圈回路和接收线圈回路之间建立LC谐振振荡电路,从而实现了一定距离下电能的高效无线传输。该系统依据电能的传输距离和给定的负载电阻大小,通过建立相应的谐振频率,在发射线圈回路和接收线圈回路中以近场谐振工作方式建立电能的无线传输系统,其实验测试结果表明该系统电能的传输效率最高可以达到73.5%,很好地满足了设计要求。     

基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统存在的能量发射侧与接收侧需同向对准问题,该文提出一种基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统。新型磁耦合装置原边采用3个共面正六边形发射线圈,控制其激励电流幅值相等、相位互差120°,可在发射线圈上方生成空间旋转磁场,提供全向能量传输通道。该磁场的主磁通在水平面内旋转,与垂直于发射线圈平面的空芯接收线圈形成有效耦合,使磁场工作区域远离无人机机身。搭建实验平台,以系统能量传递功率和效率作为评价指标,验证系统应用于无人机无线电能补给的有效性。实验结果表明,在设计区域内,接收线圈旋转任意角度时,均可实现高效传能。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

无线电能传输中线圈设计对效率的影响综述

无线电能传输技术是当前输电领域中的尖端技术,高品质因数线圈的设计是无线电能高效传输的关键技术之一。本文首先介绍了几种常见的无线电能传输技术,重点对磁耦合式系统的传输方式、适用范围、基本原理和研究方法进行了综述。然后,阐述了磁耦合无线电能传输技术中线圈的优化设计,主要有以下几部分,一是线圈自身参数的设计,包括线圈的形状、结构、匝数、匝间距、绕制方法、材料选择等等,二是谐振链路结构的设计,比如2线圈、4线圈的选择,中继线圈的引入,铁氧体的使用,以及多发射线圈、多接收线圈系统的研究。本文最后引用了实验结果分析比较了各种线圈设计的不同。     

耦合谐振式无线电能传输系统的线圈优化

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时,由于存在理论偏差和实际损耗,其传输效率会随着传输距离的增大而急剧减小。因此如何有效地提升发射端与接收端的耦合系数,设计最优的线圈结构以提高传输效率,对研究磁耦合谐振式无线电能传输系统有着重要的理论意义和实用价值。本文采用耦合模理论对系统进行建模,在COMSOL软件平台下,对磁耦合谐振式系统的线圈结构进行了仿真分析,初步得到不同结构的线圈对系统传输效率的影响,在此基础上,提出了在固定线圈距离时线圈参数优化的方案。     

无线电能传输系统传输距离及传输效率分析

运用电路理论,推导出四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的表达式,并分析了影响传输效率的主要因素。当线圈结构参数选定时,源线圈与发射线圈之间的距离和接收线圈与负载线圈之间的距离成为无线电能传输系统传输距离变化时影响传输效率的关键参数。采用差分进化算法对影响因子进行优化,该方法使得四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统在传输距离发生变化时能动态调整提高传输效率。最后,通过仿真验证了此方法的正确性。     

无线电能传输系统的线圈参数及耦合系数研究

磁耦合谐振无线电能传输影响系统耦合系数的主要因素是线圈参数。对于空间两线圈的互感模型,由诺依曼理论推导出发射、接收线圈间的互感系数表达式;通过建立有限元仿真模型对收发线圈进行电磁场仿真计算,针对线圈结构进行优化设计,进一步分析载流线圈的绕制结构、尺寸参数、空间位置等因素对互感耦合系数的影响。采用层绕式螺旋管结构线圈能提高传输系统耦合效率,增大发射线圈尺寸使其大于接收线圈尺寸有利于提高耦合性能。     

电磁耦合谐振式电能传输系统的线圈优化设计与验证

无线电能传输技术可以克服许多有线电能传输方式的不足,如何对线圈进行合理设计及优化是无线电能传输系统设计的关键问题之一。采用有限元方法,对不同结构的发射、接收线圈参数进行分析求解,找到最优的线圈形式,并进行实验验证。搭建电磁耦合谐振式电能传输平台,通过实验研究频率、电压、电流、传输效率等参数,并引入距离变量和模型化分析,得出最大化传输效率的方案,使系统在不同负载下的传输效率均保持在最佳水平。     

无线电能传输磁耦合系统损耗优化

在不含磁芯的无线电能传输WPT（wireless power transmission）系统中，由磁耦合系统引起的损耗是系统损耗的主要组成部分之一，而磁耦合系统的损耗由接收线圈、发射线圈的电阻以及流经收发线圈的电流所决定。结合串/串S/S（series/series）补偿拓扑无线电能传输的电路响应特性，分析磁耦合系统的线圈感量、线圈电阻与线圈匝数的关系，提出了根据发射、接收线圈电流工况调整收发线圈匝数的磁耦合系统线圈匝数组合优化设计方案。绕制3组不同匝数组合的收发线圈（含优化匝数组合及两组对照匝数组合线圈）用以验证优化方案的可行性。仿真及实验结果均表明：在相同工况下，优化组合方案的线圈总损耗均低于对照组，且整体样机的效率均高于对照组。     

电磁感应式无线电能传输系统一次电流效率优化配置

电磁感应式无线电能传输系统在包含多个接收模块时通过保持一次侧发射线圈电流恒定可以实现多个二次侧接收模块间控制的解耦.当接收模块通过DC-DC控制输出电压时,一次线圈电流可以在一定范围内灵活设定,这也带来了效率优化的空间.该文建立一次电流与电磁耦合机构效率之间的定量关系,得到效率最大的一次线圈电流最优值.基于系统参数进行不同一次线圈电流下耦合机构效率的计算.搭建无线电能传输仿真系统和实验平台,仿真系统的耦合机构效率测量结果与理论计算结果相同,实验测量的效率变化规律和最大功率点也与计算及仿真结果基本一致,从而验证了提高无线电能传输系统电磁耦合机构效率的一次线圈电流优化方法的有效性.     

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。     

带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率特性分析

探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetic coupling resonant-wireless power transfer）系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|S_ij|²推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。     

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。     

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。     

中距离传输共振磁耦合无线取能装置设计与实验

基于磁耦合机构的等效电路模型,开展无线传能耦合特性分析,提出一种新型空间螺旋线圈结构,应用ANSYS有限元分析软件开展发射线圈和接收线圈的电磁场仿真建模,对线圈结构进行电磁优化设计,并对比有无中继线圈的磁耦合机构,发现添加中继线圈可以在有效增加传输距离的同时将系统的传输效率提高1.475倍。最后,构造了一台共振磁耦合无线取能模型样机,实验结果表明,该样机能够实现传输距离为3 m、功率为40 W的LED灯负载供电,由此验证了无线取能线圈设计的有效性。     

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％.     

电动汽车新型无线充电策略的动态建模与效率优化

DWPT(动态磁耦合无线电能传输技术)是解决电动汽车续航问题的有效手段。提出了基于接收线圈位置检测的相邻两发射线圈的激活策略,并由此建立其动态理论模型。根据推导的发射电流和接收电流的控制方程,对行车速度和电池充电状态带来的影响进行分析。结果表明,行车速度会改变包络电流的频率,而电池等效电阻会改变包络电流的幅值,通过适当降低发射线圈的本征频率可以有效提高各工况下的传输效率,为动态系统的优化设计提供理论依据。     

便携式电子产品的无线电能传输技术

结合磁耦合谐振无线电能传输理论,提出了一种适用于一般便携式电子产品的无线电能传输系统模型,分析了其传输特性及优化条件,探讨了品质因数和耦合因数对传输效率的影响,通过理论分析和仿真研究表明:线圈品质因数确定时,通过调节发射端耦合线圈间的耦合因数,可实现对系统传输效率的优化。     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8cm,耦合系数为0.2,负载为32Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W。