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%。     

谐振式无线供能心脏起搏器多线圈无功屏蔽研究

为降低心脏起搏器无线供能系统的漏磁场对人体的伤害,该文提出一种150kHz条件下谐振式多线圈无功屏蔽心脏起搏器无线供能系统。建立LCC-C的补偿电路模型,通过研究谐振无功屏蔽线圈原理,仿真研究三种屏蔽线圈环路、匝数的磁场分布和传输效率,以及人体半身模型的电磁-温度场分布,确定了屏蔽线圈的最优环路和匝数。实验结果表明,在3环-5匝最优屏蔽结构下,距中心点35mm处的磁通密度减小了20.22%,传输效率可达76.03%,此时体内温升为1.01℃,符合植入式器件安全规定。所设计的多线圈无功屏蔽结构能有效降低无线电能传输（WPT）系统的漏磁,为植入式器件无线供能系统设计提供了一种新思路。     

电动汽车多车位WPT下沉式磁屏蔽系统研究

在电动汽车无线电能传输系统中,实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。针对这一问题,本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构,该结构在减小目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先,提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计算方法,通过此方法对系统目标面漏磁进行分析,为后续的磁泄漏优化提供了理论依据;其次,介绍了一种漏磁优化的方法,运用该方法得到满足要求的各线圈参数,为实现高效的无线电能传输提供了关键支持;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系统,通过仿真和实验,让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示,当系统输出功率恒定在4 kW时,所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了25%,且传输效率高达95%。     

三线圈无线电能传输系统恒压输出研究

针对自动引导车(AGV)无线电能传输(WPT)系统中磁耦合机构偏移影响输出电压稳定的问题,在输出并联型LCC/Multi-S的基础上提出了一种新型三线圈结构的WPT系统。该系统采用一种新型类中国结(CK)线圈结构和DDQ线圈作为磁耦合机构,通过合理参数配置,不仅实现了与负载无关的恒压(CV)输出,并且实现了X方向、Y方向以及XY方向同时偏移时的CV输出。利用COMSOL有限元仿真工具对该磁耦合机构的互感特性进行了仿真分析,从理论上证明了系统在线圈偏移的工况下能够实现CV输出;最后,搭建了试验平台验证了理论分析的正确性和可行性。     

邻近耦合无线电能传输系统的高效屏蔽设计与优化

在无线电能传输技术的实际应用中,当多个距离相近的无线电能传输系统同时工作时,系统间漏磁场引起的耦合会对周围的电磁环境产生影响,干扰系统谐振参数,进而降低系统工作效率。针对此问题,文中设计了一种谐振屏蔽线圈以消除系统间邻近耦合,分析了其工作原理及其对改善邻近耦合和传输效率的影响。通过仿真及实验,研究了线圈形状及匝数对屏蔽效果的影响,并对屏蔽线圈进行了结构优化。结果表明,方形密绕线圈屏蔽效果较好,可有效降低系统间邻近耦合造成的参数扰动,有助于系统调谐以提高邻近耦合下的系统传输效率。     

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法.该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构.在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,...     

基于双层正交DD线圈抗偏移偏转的无线电能传输系统

针对磁场耦合式无线电能传输（WPT）系统的线圈偏移和偏转所导致的耦合系数减小及传输能效性下降的问题,面向电动汽车无线充电应用场合,该文提出一种基于双层正交DD(DQDD)线圈的高抗偏移偏转WPT系统,DQDD线圈内部两对DD线圈易于解耦,而且两者激发的合成磁场呈周期性旋转分布,此特征使得DQDD线圈兼具抗偏移和抗偏转性能。给出了DQDD线圈的空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律,分析水平偏移、垂向偏移和垂向偏转三种情况下线圈互感的变化规律;构建基于双路逆变器-双路整流器的LCC-S谐振电路结构,推导同时具有发射线圈激励电流恒定并且系统输出电压不受负载影响的谐振元件参数配置条件,进而给出系统整体的传输效率。为了验证所提出的DQDD耦合机构抗偏移偏转性能和系统传输特性,搭建130mm间距的500W样机装置,在水平横向和纵向偏移±150mm,垂向偏转0～90°范围内,样机的耦合系数保持率均不低于40%,系统的传输效率均不低于80%。     

具有目标面最优磁屏蔽效果的IPT谐振式无功屏蔽系统研究

感应电能传输系统的漏磁会威胁人体安全,干扰电子设备。为最大限度减少漏磁,基于谐振式无功屏蔽的研究,提出一种优化屏蔽线圈等效电感的方法。首先,基于串串拓扑,建立目标面磁感应强度平方和与等效电感的函数关系,以磁感应强度平方和最小为目标推导出最优电感表达式,发现最优电感与输入电压、输出电压、屏蔽线圈匝数有关;然后,利用磁感应强度平方和表达式,优化输入电压与输出电压,利用有限元仿真,优化屏蔽线圈匝数,进而确定最优电感;最后,搭建功率为500W的实验样机,选取3组屏蔽参数与无屏蔽工况进行对比实验,结果表明,磁屏蔽效果会随等效电感的减小先减小后增大,等效电感为最优电感时测量点的磁感应强度平方和约占无屏蔽工况时的16.05%。此外,该方法对原系统几乎无影响,效率仅变化0.177%。     

基于中继线圈的电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能提升研究

横向偏移问题是无线电能传输WPT（wireless power transfer）系统在电动汽车领域的应用中面临的主要难题。为提升电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能，提出一种基于中继线圈切换的WPT系统。首先，建立了两线圈结构与三线圈结构WPT系统数学模型。其次，研究了两线圈结构与三线圈结构WPT系统抗偏移性能，通过结合两线圈结构与三线圈结构的优势，提高系统整体抗偏移能力。最后，搭建样机进行实验验证，结果表明，在横向偏移距离为线圈尺寸50%的范围内，系统输出效率均达到85%以上。     

基于线圈偏移的无线电能传输系统参数优化方法

磁耦合谐振无线电能传输系统在实际设计过程中,系统线圈的相对位置是系统传输性能主要影响因素之一,针对传统电能传输系统中线圈发生偏移时造成的效率亏损问题进行研究,提出一种基于萤火虫算法的参数设计方法,实现线圈在非同轴放置时的效率优化;首先对不同位置下的线圈互感系数进行分析,然后引入双边LCC拓扑结构对其传输性能进行分析,根据分析结果采用萤火虫算法进行参数优化,最后通过有限元仿真及实验平台验证方法的有效性,结果显示在偏移距离小于线圈半径时系统的传输效率可保持85%以上,与传统的SS拓扑结构下WPT系统进行比较,优化后的系统传输效率平均提升20%,负载的接收功率保持在20 W左右。     

电磁屏蔽技术在地磁检测系统中的应用

以某检测系统电磁屏蔽设计的实施方案及所取得良好的屏蔽效果为例,对复杂电磁环境中电磁干扰现象进行了分析,并提出了解决措施.     

三相输电线路磁场的矩量法分析

以导线的形状、高度及位置为状态参数,分析高压传输线周边磁场磁感应强度分布计算的矩量法.经实例计算,结果与权威数据非常吻合,表明该计算方法比传统计算方法更准确、更有效.该矩量法可用于高压线附近电磁污染评估分析.     

A novel simulation of AC magnetic contactor based on electromagnetic transients program

This paper proposes a new simulation approach for the AC magnetic contactor using the electromagnetic transients program (EMTP). The duality transformation technique is applied to convert a magnetic model into an electrical model. The great advantages of the proposed model are its capability of being directly simulated with other electrical components using EMTP and, therefore, its minimum level of complexity. To enhance the precision of the proposed model, the saturation of magnetic core and the fringing flux effects are taken into account. The performance and accuracy of the proposed model are verified by comparing them with those from finite element method (FEM) simulations and experiments. The results confirm that the proposed model has very good performance and the technique can be further applied to other magnetic components. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

电主轴用电磁式主动平衡装置启动磁场仿真分析

为了有效抑制机床电主轴在加工过程中的实时质量不平衡,提出了一种含永磁体的电磁式在线主动平衡装置结构。在进行该平衡装置电磁设计时,启动磁场设计是否合理至关重要。根据平衡装置结构特点,采用二维简化模型,以磁场分布云图和磁通密度大小为主要指标,对磁源和气隙的影响规律进行了详细研究。根据有限元仿真分析结果,驱动电流、磁体和空气隙是启动磁场设计的敏感参数,特别是驱动电流、磁体长径比和磁体与磁性齿之间的空气隙对启动磁场的影响较大,在设计中需要根据有限元仿真的结果进行优化选择。     

浅海中电偶极子极低频磁场衰减特性研究

随着水下非声探测及隐蔽通信系统的发展,水下极低频电磁场已成为近年来国际上研究的热点。基于球坐标下求解朗贝尔方程,得到无限大媒质中电偶极子极低频磁场衰减特征。考虑到海水界面对衰减特性的影响,进行了真实浅海环境的外场测试实验,对浅海中电偶极子辐射的极低频磁场进行衰减特征研究,得出了一些有重要意义的结论,对实际工程研究具有一定的指导意义。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

EMT 系统在磁性催化物分布检测中的应用

研究了电磁层析成像技术(EMT)在生物柴油制备过程中磁性催化物的分布检测上的应用。为了能够有效应用磁性催化物的导磁特性,在一种8线圈TMR-线圈结构的传感器阵列的基础上设计了仿真实验,比较了不同粒径大小的催化剂分布的成像结果,研究表明,该线圈结构适用于磁性催化物的分布检测。为了改进传统成像算法成像质量差、成像速度慢的缺点,研究了匹配追踪算法(CoSaMP)在图像重建上的应用,并与传统的Tikhonov算法和Landweber算法进行比较,结果表明CoSaMP算法有更好的边缘处理能力和更快的成像速度,与其他两种算法相比,图像误差平均降低了30.4%,成像速度提高了46%,有效提高了重建图像质量与速度。     

扁平金属磁性微粉的工艺与抗电磁干扰特性

评述了使用扁平化金属微粉磁性材料作为抗EMI材料的设计思路、制备工艺及其对磁特性的影响,最后给出了使用这种扁平化金属微粉磁性材料与聚合物混合制成的柔软可挠性抗EMI材料的抗EMI特性。     

高速磁浮列车电磁力的软测量技术

针对高速磁浮列车在运行过程中电磁力难以直接测量的困难,采用有限元分析软件ANSYS建立了悬浮电磁铁的二维模型,并对模型进行了有限元分析与计算,得到了其内部的磁力线分布情况以及磁浮列车在不同运行情况下的电磁力数据,并总结了推力和悬浮力随功率角、气隙、定子电流和转子电流的变化规律,在此基础上采用最小二乘法建立了指数形式的电磁力软测量模型。采用该模型,列车在运行过程中所产生的电磁力可以通过气隙、定子电流和转子电流的测量结果计算得到。该模型的最大误差小于1％,为高速磁浮列车运行过程中电磁力的计算和控制提供了重要依据。     

大型汽轮发电机端部磁场的二维有限元分析及应用

简要介绍了在水氢冷300 MW汽轮发电机的设计中,应用端部电磁场二维有限元分析来优化发电机定子端部结构件的结构形状,分析了铜屏蔽的温升及其通风系统.温升试验实测数据与计算值符合.性能优良、制造简便的铜屏蔽结构技术已被成功地移植到我国首创的双水内冷300 MW发电机上.