应用于无线电能传输的Litz线平面矩形螺旋线圈高频电阻计算

在外部磁场的影响下,导线中的高频电流呈不均匀分布,致使其导电面积远小于横截面积,从而引起额外的电阻,称之为高频电阻。高频电阻中的感生电阻与磁场的平方呈正比。应用毕奥-萨伐定律对Litz线平面矩形螺旋线圈中的磁场进行分析,以计算线圈中的高频电阻,进而分析其最大品质因数及最优运行频率。对几个线圈原型的测量表明,该分析方法较好地预测了线圈在不同频率下的电阻及最优运行频率。使用两个外边长460 mm×208 mm、内边长312 mm×64 mm的矩形线圈所制作的无线能量传输系统,距离500 mm时,在稍低于预测的最优频率时获得的最大DC-DC效率为58.7%,接收端功率为50 W。     

电场耦合式无线电能传输系统的功率源设计

高频功率源作为电场耦合式无线电能传输系统的重要组成部分,其工作效率关系着整个系统的效率.针对传统高频逆变拓扑电路体积过大、设计复杂和逆变损耗高等问题,根据无线电能传输系统对所需电能的要求,设计了高频高效的E类功率放大器作为其前端的高频功率源.运用电路理论和ADS射频仿真软件对E类功放电路进行理论和仿真设计,并在此基础上...     

谐振式无线电能传输系统损耗模型

针对无线电能传输系统损耗的量化计算问题,本文以电流型谐振式无线电能传输系统为例,对其损耗进行了完整的分析与计算。考虑了电流型全桥谐振变换器开关管的旁路二极管和谐振回路带来的环流影响,使得建立的逆变器的损耗模型更为精确。该模型还充分考虑了高频效应带来的影响,给出了耦合机构的高频内阻计算公式。实验结果验证了模型的正确性和有效性。通过该模型可得到系统损耗的主要组成部分及主要决定因素,对无线电能传输系统的设计与改进具有重要的参考意义。     

超导无线电能传输技术

近年来,无线电能传输技术已成为了热点技术。与传统电能传输方式相比,无线电能传输更为方便、安全,并已被应用于多个领域。由于无线电能传输效率取决于发射与接收线圈本身的电阻,线圈电阻越小,传输效率越高。超导体所具有的直流零电阻、交流低损耗的特性,使得超导材料用于无线电能传输具有显著的效率优势。介绍了超导无线电能传输技术的研究现状,中国科学院应用超导重点实验室关于超导无线电能传输方面已经开展和正在进行的研究工作,指出了超导无线电能传输技术潜在的应用前景。     

串-串谐振无线能量传输系统稳定性研究

从电路理论的角度建立了串-串谐振结构的无线能量传输(WPT)系统的功率模型和效率模型,将系统参数分为谐振参数和工作参数两部分,分别考察两类参数对模型的影响。通过将谐振参数空间分区比较,指出了当谐振参数在对称点处时系统具有最优的功率稳定域和效率稳定域。在谐振参数对称时,通过研究功率和效率模型的导数随工作参数变化的情况,提出了工作参数稳定域,给出了稳定的判别条件。结论可帮助设计系统的谐振参数及确定系统工作时的工作参数范围。理论分析与实验数据吻合,证明了模型和结论的正确性。     

基于多接收耦合线圈模式的无线电能传输系统特性分析

在大功率无线电能传输系统的应用中,为降低系统设计难度会采用多接收耦合线圈并联的方式降低器件应力,但是对该模式的特性需要详细分析。在相同输出功率和负载的约束下,对比分析一对一耦合线圈模式和多接收耦合线圈模式,采用固定变量法分析多接收耦合线圈个数与系统互感、频率、负载和效率的关系。在多接收耦合线圈模式下,对单负载和多负载两种情况下系统参数进行推导和分析,论证多接收耦合线圈在提升系统效率方面的优势。最后,通过实验结果验证了多接收耦合线圈模式对系统效率提升有一定的作用。     

Research on Maximizing Power Transfer Efficiency of Wireless In‐Wheel Motor by Primary and Load‐Side Voltage Control

The authors have developed a wireless power transfer (WPT) system for an in‐wheel motor (IWM). It is called a wireless in‐wheel motor (W‐IWM). This paper presents a method that enhances the WPT efficiency in this system. Some methods that maximize the power transfer efficiency by power converter control have been proposed in the past WPT research. In this research, a dc‐dc converter is inserted on the receiver side to vary the load state. However, the space on the receiver side is very small for the W‐IWM; therefore, it is preferable to make the secondary circuit small. Therefore, a full bridge converter is used instead of a dc‐dc converter in the W‐IWM. In this paper, the authors propose a theoretical formula for the transfer efficiency of the IW‐IWM. From an analysis of this formula, there is a combination of a primary voltage and load voltage that maximize the efficiency. The feasibility is validated by an experiment using a motor bench set.     

Fundamental Evaluation of Power Supply and Rectifiers for Wireless Power Transfer Using Magnetic Resonant Coupling

This paper provides a fundamental analysis of a power supply and rectifiers for wireless power transfer using magnetic resonant coupling (MRC). MRC enables efficient wireless power transfer over middle‐range transfer distances. MRC for wireless power transfer should operate at a high frequency in the industry science medical band, such as 13.56 MHz, because the size of the transfer device decreases at higher transfer frequencies. Therefore, the output frequency of the power supply on the transmitting side should be 13.56 MHz. In addition, the rectifier on the receiving side is operated at a high frequency. This paper focuses on the reflected power in the power supply and rectifiers. Thus, the parametric design method is clarified for the power supply, including a low‐pass filter to match the output, the impedance of the power supply with the characteristic impedance of the transmission line. In addition, the effects on the rectifiers of silicon carbide and gallium nitride diodes are confirmed by performing an experiment and a loss analysis.     

无线电能传输系统三相相移控制逆变器研发

设计一种为无线电能传输系统提供高频交流电的三相相移控制逆变器。该逆变器由三相D类半桥逆变桥组成,其开关管运行于固定的切换频率下,通过调整各相半桥的驱动相位差来调节输出电压,从而实现无线电能传输系统功率的调节。对三相相移逆变器的主要性能,包括相移角与输出电压的关系、相电流、各相零电压切换状态等进行分析,并推导无线电能传输系统在使用相移控制和频率控制下的效率。开发三相的相移逆变器原型机并应用于无线电能传输系统,在两个外边长为90cm、70cm的平面矩形螺旋线圈间传输能量。实验表明当相移角从0°到120°之间调节时,在接收端10Ω电阻负载上接收到的功率从5.2kW到0变化。同时在最大输出功率时测得逆变器直流输入到接收端直流负载的DC-DC最大效率为94%。     

A Proposal of Identifying Optimized Layout of Devices in Electromagnetic Resonant Coupling Type Wireless Power Transfer System

Recently, a system for wireless power transfer (WPT) using electromagnetic resonant coupling has been evaluated and developed for practical applications such as a wireless charge system for automobiles or electronic devices. However, the efficiency of an electromagnetic resonant coupling type WPT system with LC resonators is greatly affected by the layout of the LC resonators allocated in the system. This means that there is an optimum layout for the LC resonators for transferring wireless power at higher efficiency. This paper presents a new method for identifying the optimum layout for the LC resonators in a WPT system. One of the key ideas is that the problem of finding the optimum layout is replaced by the problem of calculating the equivalent current sources in the LC resonators. The amplitude of the equivalent current sources can be calculated to solve ill‐posed system equations by using inverse analysis. First, the proposed method is described. The system equations to be solved are formulated by means of equivalent circuit techniques. Second, the proposed method is applied to a simplified model to identify the optimum layout for the LC resonators in a WPT system. Then, the results found using the proposed method are verified by comparing the ratio of receiving power with the identified layout and without the LC resonator. Finally, in order to verify the validity of the proposed method, the calculated results are compared with the experiment results using the same model.     

磁耦合无线电能传输系统异物检测技术综述

随着磁耦合无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统的应用推广,异物检测技术的研究越来越受到关注。该文综述国内外磁耦合WPT系统异物检测技术的研究现状,首先总结各文献中有关异物和异物检测技术的概念和定义,介绍研究异物检测技术的主要团队,重点分析目前金属异物对磁耦合WPT系统的影响机理、影响规律和金属异物影响下磁耦合WPT系统的建模方法及异物检测方法方面所取得的主要研究成果,给出几种常用的异物检测方法的优缺点和适用范围,论述异物检测技术的未来研究方向。     

应用于无线电能传输系统的中继线圈工作性能

以无线传感器网络节点无线充电应用为背景,采用具有磁场放大作用的中继谐振线圈,解决远距离、小尺寸接收端在极弱耦合系数(10?4量级)条件下所带来的无线电能传输问题。通过分析中继线圈的在谐振频率时的工作特征以及电流放大的理论机理,设计具有磁场增强功能的中继线圈,并研究其频率特性,同时实现:1耦合谐振时中继线圈对源级电流放大四倍以上;2通过采用将中继线圈与源级线圈置于同一平面的结构优化系统空间尺寸;3直径5cm接收端线圈在距离1m时为功率LED进行无线供电。     

一次侧线圈阵列的无线电能传输系统设计

无线电能传输系统采用松耦合变压器进行能量传递,但由于发送端与接收端相对位置较远,耦合系数较低,故带来磁路环节传输效率低的问题。根据松耦合变压器的互感模型,分析了几种因素对传输效率的影响,并选择一次侧和二次侧电路均串联电容的补偿方式,设计了带有两个一次侧线圈的无线电能传输系统,包括一次侧线圈切换电路、电流检测电路以及控制程序。该设计提升了整个系统的功率因数,有效地改善了磁路环节的传输效率。     

自谐振线圈耦合式电能无线传输的 最大效率分析与设计

谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法,它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后,设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证该文的理论研究。     

感应和谐振无线电能传输技术的发展

随着科技的不断发展和进步,无线电能传输技术已成为国内外最受关注的研究课题,是未来电力发展的必然趋势。首先介绍无线电能传输技术的起源,追溯到电磁波的发现;接着分析无线电能传输技术的三种主要形式,包括感应无线电能传输技术、谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。在此基础上,对三种形式的无线电能传输技术的发展现状进行论述,详细阐述目前国内外无线电能传输技术的研究成果,并对比分析目前研究最广泛的感应和谐振无线电能传输技术在原理、系统构成、分析方法以及运行条件上的异同,最后对无线电能传输技术在各个领域的应用进行了展望。     

磁耦合谐振式无线能量传输系统负载特性研究

介绍了磁耦合谐振式无线能量传输系统工作原理,通过分析原理及实验条件约束选择初级串联拓扑结构,并对次级串联和并联拓扑结构进行了理论分析,探究负载阻抗对接收功率和传输距离的影响。设计并实现了一种磁耦合谐振式无线能量传输系统,通过实验验证了理论分析的有效性,并对实验结果进行了综合分析。     

谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

三线圈磁谐振式无线输电系统传输效率的优化

磁谐振式无线电能传输系统的传输效率是评价整个系统的重要指标。针对单中继的三线圈磁谐振无线电能传输系统,运用等效电路理论和二端口网络理论推导系统在磁谐振状态下的传输效率公式,并对效率公式进行优化。当中继线圈与接收线圈之间的距离已固定时,在不改变系统各元件参数情况下,通过调节发射线圈与中继线圈间的距离,使其和中继线圈与接收线圈之间的距离满足一定关系,系统的传输效率可得到显著提高。最后,开发了一套三线圈输电系统,实验验证了理论的正确性。     

基于E类放大器的中距离无线能量传输系统

采用E类放大器设计大功率中距离无线能量传输系统,具有成本低、调试简单、高效等优点。针对大功率E类放大器导通角、LC滤波电路参数和阻抗匹配电路等设计问题进行详细分析,提出大功率E类放大器设计方法。建立四线圈两两耦合磁谐振无线能量传输系统等效电路模型,提出无线能量传输环节等效输入阻抗的计算方法。最后,以开关管损耗最低为目标,器件耐压、输入电压等限制条件为约束,设计并成功搭建无线能量传输系统,传输功率3kW,传输距离22cm,系统效率85%,对无线能量传输系统中大功率E类放大器设计方法进行验证。     

Effect of Axial Slit on Metallic Tube for Wireless Power Transfer via Magnetic Resonance Coupling

Wireless power transfer using a metallic tube with an axial slit was attempted to demonstrate the wireless power transfer using magnetic resonance coupling to the diagnostics infrastructure. The transmission efficiency with variable distance was measured using the transmission and receiver resonators in the tube. Besides, the transmission and receiver resonators were, respectively, set outside and inside the tube. These experiments are carried out in the computational study using FDTD method.