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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。     

无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型

在电动汽车无线电能传输系统（WPT）中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76 μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03 μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。     

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%。     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件,具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理,总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择;然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围;最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。     

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。     

平面螺旋线圈的无线电能传输特性研究

收发谐振体是无线电能传输系统的重要组成部分,它的性能直接决定了整个系统传输效率的大小.选择平面螺旋线圈作为收发谐振体,通过有限元仿真软件HFSS分析了线圈的属性(匝数、基板材料、层数等)对线圈参数的影响趋势,并分析了谐振体之间的能量传输特性,仿真结果表明了线圈之间的耦合因数比线圈Q值对传输效率的影响更大.最后综合考虑线圈的性能和制作成本,选择最优线圈作出实物并搭建无线电能传输装置,整个装置能够在线圈直径2.5倍的450 mm距离内点亮15W的LED灯泡,传输效率达到60％以上.     

磁耦合谐振三线圈无线电能传输的交叉耦合效应及电抗补偿

在具有中继线圈的磁谐振耦合无线电能传输系统中,非相邻线圈的交叉耦合有可能对系统的工作状态产生扰动,这通常导致系统传输功率和效率的降低。针对单中继线圈的无线电能传输系统,从其等效电路归一化模型入手,详细分析发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合对各回路电流和系统传输功率、效率的影响。给出了交叉耦合效应是否可忽略的判定条件,并提出了一种简便的在各回路中通过附加串联电抗以补偿三线圈(发射—中继—接收)无线电能传输系统交叉耦合效应的方法,通过数值仿真计算和实验证明了该方法的可行性。     

Circuit modeling and efficiency analysis for wireless power transfer system with shielding

It is an effective way to use magnetic shielding scheme in magnetic coupled wireless power transfer (WPT) system to reduce magnetic flux leakage. However, the additional shielding material would affect the equivalent circuit model and the power transmission efficiency of WPT system. Although the impact of some common shielding materials on the transmission efficiency has been studied using finite element simulation, there is still a lack of understanding about the impact to the equivalent model in theory. In this paper, the equivalent circuit and transmission efficiency of WPT system are analyzed theoretically under the influence of different shielding materials, and the relationship between material electrical characteristics and transmission efficiency is presented. In our WPT prototype with two 166-mm diameter coils under ferrite shielding and aluminum shielding, the achieved maximum transmission efficiencies are 95.7% for 100-kHz resonant frequency and 97.9% for 1-MHz resonant frequency under the ferrite shielding, and the efficiency errors between the analytical and experimental results are less than 5% for 100-kHz resonant frequency and 10% for 1-MHz resonant frequency.     

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...     

双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证

双频段无线电能传输系统可以提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输。根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路,并设计了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,系统接收端采用陷波电路分离信号和电能。构建部分元等效电路对线圈阻抗特性、系统电能传输能力和传输效率进行计算,由此得出系统可同步传输信号并且不影响其电能传输效率。最后,设计了和理论计算系统参数一致的实验装置进行实验验证,结果与理论分析具有较好的一致性,验证了设计方法的有效性。     

磁谐振式无线电能传输效率优化方法研究进展

无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术作为一种新型的电能传输方式以其高可靠性、实用性和安全性而备受关注.然而WPT能否替代传统的有线输电而成为通用技术,其最关键的影响因素之一就是传输效率.首先,针对WPT技术对于传输效率优化的迫切需求,系统综述了国内外在磁耦合谐振式WPT研究领域中关于...     

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。     

金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析

针对电动汽车在无线充电过程中可能混入金属异物的情况,本文分析了金属异物置于无线充电系统能量传输区域时对无线充电系统参数及效率的影响情况。研究中使用有限元仿真软件建立了电动汽车无线充电系统平面盘式螺旋线圈3D电磁场仿真模型,通过理论分析和有限元仿真结合的方式研究了不同尺寸、不同材质的金属异物对无线能量传输系统的电磁场参数以及效率的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,两种金属混入系统会产生涡流效应和磁效应,磁效应和涡流效应会对无线充电系统参数产生不同的影响,降低系统效率;其影响大小与金属的尺寸和位置密切相关;此外,金属的涡流效应会产生涡流损耗并导致温升,对充电系统是极大的安全隐患。     

带中继线圈无线电能传输的效率分析方法

通过耦合模理论(CMT)对带中继线圈的无线电能传输(WPT)系统进行了详细的效率计算和分析,得到了系统输出效率的数学表达式。继而对系统的输出效率表达式进行仿真,表明了系统输出效率与输出阻抗、线圈损耗率和耦合系数之间的关系,从而找到了影响系统输出效率的关键性参数。最后设计制作了一套带中继线圈的磁共振无线电能传输系统实验装置,通过实验验证了上述分析的正确性。