磁耦合谐振式无线电能传输效率影响因素分析

对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型进行分析,采用电路理论得出系统传输效率的表达式。通过MATLAB仿真得出系统传输效率随系统频率、负载、传输距离和谐振线圈参数变化的规律,得出磁耦合谐振式无线电能传输系统对系统频率、负载、传输距离、线圈半径、线圈匝数有最优值的结论,为提高无线电能传输效率提供了参考和借鉴。     

磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术是集合了电磁场、高频电力电子技术、电磁感应、电磁材料等多学科的应用技术,能安全、高效、灵活地实现电能的中距离传输。根据无线电能传输的类型及发展应用前景,指出磁耦合谐振式无线电能传输是最适合当前学科综合技术发展的一种具有广阔应用前景的新技术;归纳了当前磁耦合谐振式无线电能传输的发展水平和当前研究的热点问题;从提高传输效率、减小发射和接收线圈尺寸的角度出发,提出了电力电子技术面临的挑战和为适应高频化变频技术需要开展研究的问题。     

煤矿井下双路三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统

为提高煤矿井下无线电能传输系统的传输功率和效率,并降低各回路电容电压,改进了井下无线电能传输系统线圈的结构,提出了适合井下无线电能传输的传输系统。根据电路互感耦合理论,推导出无线电能传输系统的传输功率和效率的数学理论表达式,分别阐述了耦合系数和负载大小对传输功率与传输效率的影响。应用OrCAD与Matlab软件对传输系统各种影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验得出此系统存在最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统做对比实验分析,得出在井下相同传输距离时,改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统在提高传输效率的同时也提高了传输功率,可为实际井下无线电能传输系统提供理论参考。     

具有较高谐振电路品质因数的磁耦合谐振式无线电能传输系统研制

基于磁耦合谐振式无线电能传输功率大小随系统谐振电路品质因数变化而变化的特性,提出了一种控制电能传输功率的方法.首先,将磁耦合谐振式无线电能传输系统简化成等效电路;接着,从电路角度对其进行分析和数学计算,得出电能传输功率大小与系统中谐振电路品质因数的关系;然后,通过改变谐振电路品质因数,设计了一种控制电能传输功率大小的方法;最后,通过设计相关实验系统,验证了品质因数可改变系统传输功率大小,为无线电能传输功率大小的控制提供了有效参考.     

植入式集成磁耦合谐振无线电能传输分析

将植入式应用时无线电能传输的接收线圈与整流电路及其他功能电路集成在单芯片上,不仅可以满足植入式应用更小空间的要求,而且可以进一步提高可靠性和安全性。该文基于此应用,对磁耦合谐振无线电能传输系统建立了完整和简化的电路理论模型,分析结果显示,磁耦合谐振方式比传统的电感耦合方式具有更高的传输效率。     

中继式传能绝缘子温度特性研究

磁谐振耦合式无线电能传输线圈嵌附在绝缘子上可为输电线路监控系统供电。这是一种可应用于电力系统的新型供电方式。在具有无线电能传输能力的绝缘子（传能绝缘子）长期运行过程中产生的温度升高现象影响着电力系统的安全运行。针对传能绝缘子的温升问题,文章讨论了中继式磁耦合谐振式无线能量传输（MCR-WPT）系统电能传输特性;利用多物理场计算软件,研究了传能绝缘子的电能传输效率及传能绝缘子在不同电输入功率和不同气象环境中的温度变化特性。仿真结果表明,在环境1和环境2中,系统的电输入功率可达到30 W,传能绝缘子传输性能仍保持在65%左右。实验结果表明:实验结果和仿真结果基本一致;实验温度为25.2 ℃、输出功率为6.5 W时,传能绝缘子连续运行25 min,表面最高温度升高约3 ℃。     

改进发射端的磁耦合谐振式无线电能传输系统

为提高磁耦合谐振式无线充电系统的传输效率,提出了改进发射端的无线电能传输模型并建立了无线电能传输系统电路模型,讨论了输出功率与传输效率与线圈耦合系数和负载电阻的关系。在线圈谐振状态下,为得到最佳传输效率,研究了耦合系数与负载电阻的取值要求。最后,通过搭建实验平台,验证了系统在谐振状态下,激励线圈与发射线圈的耦合系数为0.8,发射线圈与负载线圈的耦合系数为0.157,负载电阻为150Ω时,传输效率能达到97.3%。     

基于Maxwell的MCR-WPT系统传输效率影响因素仿真分析

运用耦合模理论与等效电路模型,对典型的磁谐振式无线电能传输系统进行理论分析,得到传输效率与谐振线圈间耦合系数的理论关系.利用Maxwell仿真平台构建闭合线圈模型,并对线圈参数扫描,对谐振线圈进行仿真分析,得到线圈的结构参数(包括线圈匝数、匝间距、内径)以及线圈间空间距离对系统传输效率的影响.结果表明,增大线圈匝数可有效提升系统传输效率,线圈存在最优匝间距与内径使系统传输效率最大,适当改变线圈间的空间距离会对系统传输效率产生明显影响.分析结果为后续针对磁谐振式线圈的优化提供了理论依据.     

水下无线电能传输研究进展

首先对水下无线电能传输技术进行了分类,然后给出了磁感应式水下无线电能传输的基本结构和工作原理,讨论了该技术的最优工作频率、传输距离、线圈结构选择、涡流损耗与频率分裂现象.随后简要给出了磁谐振式水下无线电能传输技术和电场耦合式水下无线电能传输的研究现状.最后对水下无线电能传输技术有待研究的问题进行了展望.     

一种基于磁耦合谐振式的高效率双频无线能量传输系统

为了提高磁耦合谐振式无线能量传输系统的效率,本文提出了一种新型的双频无线能量传输的发射和接收装置.在发射端和接收端中,该装置在发射端和接收端中均采用一个馈电线圈对两个谐振线圈馈电;两个谐振线圈工作在不同的频率并通过磁耦合的方式把能量从发射端向接收端同频传输.由于两个谐振线圈均参与了能量传输,所以该传输装置能在较远的距离实现效率较高的双频能量传输.为了验证该理论模型的特性,本文将其设计在PCB板材上并进行仿真和实验测试.仿真和实验结果表明:该双频磁谐振耦合无线能量传输装置的能量传输频率为6.78和13.56 MHz;在传输距离为装置尺寸60%时达到最高效率,其最高效率分别为88.5%和56.7%.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT）系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。     

磁谐振式无线电能传输频率特性数值研究

针对磁耦合共振式非接触电力传输的共振特性,采用电磁仿真软件,在10-25 MHz 频段计算垂直螺旋线圈的散射参数,得到无线电力传输系统模型和单个线圈的谐振频率,发现谐振频率出现明显的偏移。根据无线电力传输的近场区特性,垂直的螺旋线圈可看作偶极子天线。运用偶极子对相互作用理论,定性分析了耦合线圈之间的相互作用对谐振频率的影响,对磁耦合共振技术的谐振频率分析具有一定的理论指导意义。     

一种新型X波段宽带左手材料的设计和特性研究

为了更简便的制备宽带内的左手材料,提出一种新型的X波段方形开口磁谐振器（SSRs）,通过将该磁谐振器与H型电谐振器的耦合,设计了一种电路板单面印刷的宽带左手材料（LeftHandMaterials,LHMs）．经过HFSS（HighFrequencyStructureSimulator）仿真,利用散射参量法计算分析了SSRs、H型谐振器的传输特性和负电磁参数特性、电磁谐振器耦合结构的负介电常数、负磁导率和负折射率．仿真证实：该结构在10．05～11．6GHz频带内具有负折射特性,较同频段其他LHMs带宽更宽．同时耦合结构可以单面印刷,尺寸较大,在一定程度上避免了传统LHMs对印刷电路板刻蚀工艺加工精度的较高要求,便于实际制备．     

磁耦合谐振式无线电能传输线圈的磁聚焦仿真

为通过磁聚焦技术提高无线电能传输效率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统中的磁场分布特性进行分析,并采用Comsol Multiphysics多物理场软件,对不同类型线圈、不同线圈排列结构的磁场聚焦特性进行仿真.结果表明:本文设计的5线圈结构通过角度、距离、尺寸的逐级优化,其磁场聚焦特性不断增强,最终得到一种结构简单、可靠性高的线圈结构.     

磁共振无线电能传输系统的共振频率分析

针对磁共振无线电能传输技术的广泛应用,本文在充分考虑线圈间耦合作用的情况下,建立了两线圈磁共振无线电能传输系统的电路模型。利用互感耦合理论对系统的共振频率进行分析,得出了系统两种共振频率表达式,即线圈自谐振下共振频率和耦合作用下共振频率,并推导出在两种共振频率下系统负载功率及传输效率表达式。通过对两种共振频率下负载功率及传输效率随耦合系数的变化情况进行分析,得出两种共振频率在不同耦合条件下的优劣性能。利用Multisim电路仿真软件建立电路模型的仿真电路,对系统进行仿真实验。仿真结果表明,耦合作用下,共振频率的理论值与仿真值基本相同,误差均在1%左右;而在两种不同耦合条件下,负载功率和传输效率的理论值与仿真值基本相同,误差均在0.1%以下。该研究为磁共振无线电能传输系统进一步提高负载功率和传输效率提供一定的理论依据。     

频率匹配对谐振无线电能传输效率的影响

基于共振耦合式无线电能传输机理和数学模型,对无线电能传输发送端与接收端谐振频率的测量与调整进行了研究,结合Matlab仿真和实际实验操作,研究了在固定距离下两线圈组成的系统电能传输效率与工作频率的关系,研究并比较在不同耦合系数k值条件下两端谐振点频率未匹配和匹配情况下电能传输效率.研究表明不同k值情况下电能传输效率与工作频率的关系曲线存在差异,在相同的k值条件下两端谐振点频率匹配时比两端谐振点频率不匹配时表现出更高的电能传输效率.对于远距离电能传输,即在k值较小的情况下,调节两端谐振点至频率匹配时将有效提高传输效率.     

水下磁谐振式电能传输最大效率追踪方法

磁谐振式电能传输系统在海水中工作时电磁波受到海水强烈的衰减导致输出功率较低。同时,由于发射和吸收端的阻抗不匹配导致部分能量被吸收端反射进而被海水衰减,造成效率的进一步降低。为了提高系统的传输效率和减小能量损失,本文提出了一种输出稳定型最大效率追踪方法,不仅实现了最大效率追踪,还保证了在一定条件下传输效率的稳定,保护了负载。本文运用仿真软件建立模型,对该方法进行了仿真验证;设计并制作了一个谐振耦合传输装置,通过实验研究证明了该方法对水下电磁谐振电能传输系统效率有显著提高作用。     

一种双面型宽频带的左手材料设计研究

针对目前左手材料普遍存在的谐振频率低、带宽窄和高损耗的问题,本文基于谐振型左手材料理论,设计了一种双面型宽频带左手材料结构。该结构将螺旋对称形金属片与十字形金属片分别放置在介质基板的两侧,形成一个左手材料单元,在2个左手材料单元顺序排列条件下,实现最佳谐振性,为了验证所设计的材料结构是否具有左手特性,采用高频仿真软件进行电磁仿真,同时采用Matlab软件与传输反射法(nicolson-ross-weir,NRW)进行计算。研究结果表明,该材料在3.37～5.87GHz范围内,具有谐振特性,满足低损耗要求;在2.5～4.8GHz范围内,介电常数和磁导率同时为负,实现了材料的左手特性。该研究具有一定的实际应用价值。     

电动汽车磁谐振无线充电技术市场应用研究

磁谐振式无线能量传输(Electromagnetic Resonance Power Transmission)简称ERPT)技术是一种新型的电能传输技术,该技术是利用接收线圈固有频率和发射线圈电磁频率相一致时引起强电磁耦合的原理来实现无线充电的.本文以电动汽车磁谐振无线充电系统为研究对象,主要包括其构成、工作原理以及市场应用研究,为该技术市场推广提出可行性方案.     

MCR-WPT负载对系统最优参数的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的参数优化问题,文章研究了系统最大传输功率条件下的负载(最大功率负载)对系统参数的影响。基于集总参数理论,推导了最大功率负载的表达式,分析了传输距离、耦合系数、系统频率等参数与最大功率负载的关系,获得了不同负载下的系统最优参数,并进行了电路仿真分析,搭建了两线圈结构无线电能传输实验平台。仿真及实验结果表明,系统最优参数与最大功率负载之间有一对一关系,系统最优耦合系数随最大功率负载的增大而增大,最佳传输距离随最大功率负载的增大而减小,因而可在不同负载条件下选择系统最优参数,保证能量的最大传输。