无线电能传输磁耦合结构分析与优化

无线电能传输技术是运用电磁感应原理实现电功率从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术。磁耦合结构作为其关键组件,因其固有的松耦合特性,导致它是无线电能传输系统实现高效、大容量、安全稳定地传输电功率的瓶颈。文中介绍了磁耦合结构的性能特点,对空间两平行位置的环形线圈磁耦合结构进行详细地分析并对当接收线圈半径固定为0.25m,提离高度固定为0.2m的环形线圈磁耦合结构进行了优化,包括发射线圈大小,发射侧和接收侧磁心大小、厚度和形状等结构参数的优化。     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

多耦合线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统

基于耦合电感理论建立了4线圈磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WRT)系统的电路模型,根据该模型推导出耦合系数、能量传输距离和能量传输效率之间的数学关系。针对4线圈MCR-WRT系统能量传输效率随传输距离变化而变化的现象,提出利用开关切换不同半径谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离的方法。为验证该方法的有效性,进行了电磁仿真、电路仿真和实验分析。结果表明,采用这种方法有效地提高了系统在不同传输距离下的能量传输效率。     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

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。     

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。     

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。     

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8 cm左右时,获得最大传输功率为98,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。     

多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

为解决单一电能发送端为多个负载同时提供电能的问题,文章基于磁耦合谐振工作原理,对多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统进行建模,对线圈方位特性、线圈品质因数特性和系统功效特性进行分析和研究.首先推导得出在存在径向偏移的情况下,适度角度偏移会使互感增大,其次通过公式推导和仿真验证,实现了多负载MCR-WPT系统功效最大同步....     

磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振方式分析

磁耦合谐振式无线电能传输系统在实际设计中具有传输效率高,结构简单,实用性强等特点。从等效电路的角度研究了单发射-单接收谐振模式中串联-串联式、串联-并联式、并联-串联式和并联-并联式4种谐振模型下系统传输效率。经过数值仿真,得出了每种谐振模型下系统传输效率和输出功率与系统振荡频率、传输距离及带负载能力之间的变化关系,发现每种谐振模型各有其适用工况,总结出了在设计中如何根据实际情况选择适当的谐振方式来达到最佳的传输效果:当所设计的系统供电对象为小负载且仅需较小的传输距离时,采用串联-串联谐振模型能够达到较好的传输效果;当需要具有较远的传输距离和较强的带负载能力时,应采用串联-并联谐振模型;当无法实现较高的系统谐振频率时,应采用并联-并联谐振模型。最后根据4种谐振模型,实际设计制作了4套磁耦合谐振式无线电能传输系统,验证了上述分析的正确性。     

A Novel Adjustable Coupling Method of Four-Coil WPT System

正Recently,wireless power transfer(WPT)based on near-field magnetic coupling is attracting more and more attention due to the rising interests in high-efficiency wireless charging applications.e.g.,mobile terminals,electric vehicles,implantable devices,etc.In the     

电动汽车无线充电系统磁耦合线圈结构的多目标优化设计

对于电动汽车无线电能传输（WPT）系统的磁耦合线圈结构优化设计,需综合考虑功率等级、传输效率与经济性等。首先分析了线圈匝数与匝距对传输功率、传输效率及线圈经济性的影响。然后,基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）,提出了以线圈效率与线圈经济性为优化目标,以3.3 kW额定功率与线圈尺寸为约束边界,对线圈匝数与匝距进行多目标优化设计的方法。最后,基于Maxwell-Simplorer联合仿真验证了优化设计方法的可行性与有效性,优化后线圈最大传输效率可达93.4%,两侧线圈损耗均得到改善。     

多线圈耦合WPT系统效率优化控制策略研究

针对多耦合无线电能传输(WPT)系统存在的高传导损耗现象,提出了一种基于扰动观测法的多线圈耦合WPT系统最大效率跟踪控制策略.此处首先建立了多耦合WPT系统等效电路模型,在系统谐振的情况下,分析了系统整体传输效率与源端电压有效值之比的关系;再根据系统效率模型,以系统效率最优为目标,通过比例积分(PI)闭环实现副端恒功率控制,采用扰动观测法配合移相控制实现源端等效阻抗匹配,最后搭建了基于碳化硅器件的WPT样机模型,实验证明所提方法在不需要源、副端通信的情况下,可以实现多耦合W盯系统的最大效率跟踪控制.     

基于场路耦合的磁阀式可控电抗器损耗特性分析

磁阀式可控电抗器(MCR)因磁阀处铁芯截面积减小而导致局部磁密增大,加之MCR铁芯常工作于饱和状态,因此其损耗较常规的变压器、电抗器大得多。这些损耗引起局部温升过高,影响MCR的正常运行甚至造成过热损坏。不同的磁阀结构对MCR的漏磁、损耗的影响难以通过其等效模型反映,需要采用场路耦合的方法建立电-磁-热多物理场模型进行分析。本文针对集中式、两侧分布式和均匀分布式3种不同磁阀结构的MCR在有限元仿真软件中建立模型研究其损耗特性。此外,考虑到均匀分布式磁阀在实际加工中往往由硅钢片与磁阻材料堆叠而成,对不理想的工艺条件导致的磁阀的不规则分布及其损耗特性进行了分析。仿真结果表明,理想情况下均匀分布式磁阀结构的MCR漏磁最小,损耗最低;不规则分布磁阀会引起局部损耗过高。最后,分析了均匀分布式磁阀结构MCR的温度场分布,为其实际运维中的温度检测提供理论指导。     

Halbach轴向永磁联轴器的分析与优化

为了提升Halbach轴向永磁联轴器永磁体利用率,采用转矩谐波分析与粒子群优化算法对Halbach轴向永磁联轴器进行分析与优化。建立Halbach轴向永磁联轴器的3D有限元模型,推导气隙磁密与转矩的傅里叶级数表达式。在有限元分析和计算的基础上,对气隙谐波次数和端部效应进行分析,发现特定的谐波分量可以有效产生稳定的转矩。为了定量比较和提升转矩性能,对Halbach阵列关键参数进行参数分析,对比多种基于粒子群算法的优化方法,采用数学模型与优化算法相结合的设计优化方法对Halbach轴向永磁联轴器进行优化。在转矩相同的约束下,优化后的Halbach轴向永磁联轴器转矩密度提升7.60%。通过有限元仿真结果验证了转矩谐波分析与粒子群优化方法的有效性。     

线圈高频损耗解析算法改进及在无线电能传输磁系统设计的应用

圆导体环形线圈在磁耦合谐振式无线电能传输系统中应用广泛,线圈高频损耗对磁耦合系统的分析设计和效率至关重要。针对目前解析计算方法在计算邻近效应损耗时的不足以及有限元仿真的局限性,本文以螺旋型线圈为例,深入分析了圆导体线圈的趋肤效应与邻近效应,提出了多匝圆导体线圈高频损耗的通用解析计算方法。该方法适用于任意形状(如螺旋型、涡状)的漆包线以及多股绞线线圈,比目前其他解析计算方法具有更高的精度和适用范围,且计算速度快。本文进一步将该方法应用于线圈Q值的优化,并通过实测验证了所提出的解析计算方法的计算高效性和模型准确性。     

三线圈无线电能传输系统分段补偿技术研究

多中继无线电能传输WPT（wireless power transfer）系统可通过切换系统工作频率的方式实现恒流或恒压输出,以满足不同的用电设备需求。当系统运行在恒压工作频率时,存在部分线圈及谐振电容端电压骤增的现象,可能造成安全隐患。针对该问题,提出一种基于分段补偿的多中继WPT系统耦合机构及补偿电容的改进设计方法。首先,研究了三线圈WPT系统的补偿电容端电压与输入直流电压的电压比随工作频率的变化情况。其次,研究了分段补偿原理,并定义了多中继WPT系统线圈端电压指标作为分段数选择的重要参照标准。最后,搭建了基于分段补偿的三线圈WPT系统实验平台。实验结果表明,分段补偿方法能有效降低谐振电容端电压,提高系统的可靠性与安全性。