多中继线圈无线电能传输系统的交叉解耦研究

为解决多中继线圈无线电能传输(WPT)系统中存在的交叉耦合问题,这里设计了一组磁交叉解耦的线圈结构,在多级中继线圈中插入一层特殊的屏蔽材料,以抑制非相邻线圈的耦合,同时保持相邻线圈间耦合较强.进一步地,选取LCC-Multi-S型拓扑,分析了交叉解耦双中继系统的频率特性、输出特性及负载特性,仿真和实验验证了这种交叉解耦...     

基于自谐振线圈参数优化的多中继无线供电系统效率提升研究

印刷电路板(printed circuitboard,PCB)自谐振线圈可以避免绕线引起的偏差,且不受分立补偿电容的影响,应用在多中继无线供电系统中极具前景。针对PCB自谐振线圈结构参数优化不完全所导致的多中继无线供电系统传输效率低下的问题,该文给出了一种用以提升系统传输效率的PCB自谐振线圈结构参数优化设计方法。首先,建立了多中继无线供电系统的传输效率模型,并分析了线圈的电参数对传输效率的影响机理;其次,详细推导了线圈电参数与线圈的匝数、介质厚度、线宽、铜箔厚度、介质损耗角正切值以及介电常数之间的关系;然后,基于上述关系,以传输效率最高为目标,优化了线圈参数;最后,利用优化后的PCB自谐振线圈搭建了一套五线圈无线供电系统实验样机。实验结果表明,采用优化后的PCB自谐振线圈传输效率最高可达76.5%,相比优化前33.1%的传输效率,提高了43.4%。     

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。     

双中继和三中继线圈位置参数对无线电能传输功率的影响

提出使用带多个中继线圈的电磁谐振式无线电能传输技术来解决智能电网中高压侧电子设备的供电可靠性和稳定性问题。建立了多中继线圈无线电能传输的理论模型,给出了线圈互感、负载功率和传输效率的计算方法,对双中继和三中继情况下线圈间距变化时的负载功率和传输效率及总距离一定时中继线圈位置的变化对传输功率的影响进行了仿真计算,得到了负载功率最大时的线圈位置和对应的传输效率,并进行了实验验证。结果表明,双中继和三中继时,中继线圈能够大大提高传输的功率、效率和距离;负载功率最大时,中继线圈位置并非等距排列,对不同参数的系统需要进行仿真计算和实验来确定中继线圈的最佳位置。     

一种基于复合绝缘子的无线电能传输装置

随着无线电能传输(WPT)技术的发展成熟,其应用领域越来越广,尤其是在手机和汽车充电方面的应用。此处针对WPT技术在高电压领域的应用进行了研究,介绍了磁共振式WPT技术的特点,建立了带有中继线圈的共振无线传输系统的数学模型,并通过分析复合绝缘子的特点,创造性地提出了一种基于复合绝缘子的WPT装置,提供了一种绝缘子内嵌线圈的设计思路,并进行了实验验证。结果表明,将WPT线圈嵌入复合绝缘子当中,可实现WPT且能满足高压环境下的绝缘要求。     

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。     

多负载远距离无线电能传输系统研究

针对一类既需多级输出又能延长传输距离的无线电能传输(WPT)场合,从磁耦合谐振基本原理出发,结合多中继结构与多负载结构的优势,设计了一种新型三线圈双负载WPT系统.该系统选用LCC-Multi-S型补偿拓扑,在传统双线圈系统中加入一级特殊的接收线圈,设计了两级接收线圈结构,推导了系统双负载恒压输出条件,实现了两级负载端的相同功率输出,同时系统WPT距离得到延长.仿真和实验验证了提出的方案的可行性.     

基于CLC型无线电能传输系统研究

针对多负载长距离供能问题,提出了一种多负载长距离无线能量传输系统,该系统使用中继线圈来增加电能传输的距离,与现有的大多数含中继线圈、负载仅与最后一个线圈连接、中继线圈仅充当功率继电器的无线能量传输系统不同的是,在所提出的系统中,中继器同时为多个负载供能。中继线圈不仅向下一级的线圈传输能量,也为与该线圈相连的负载传输能量。中继线圈采用CLC型补偿网络结构,具有恒流输出特性,能够实现负载独立的特性,可以在不影响其他负载的同时,灵活地调节某个负载的功率。对该系统建立了数学模型,分析了该系统的工作原理、负载电流特性和系统效率,最后搭建了一个六级负载的实验平台,验证了该系统的有效性和可行性。     

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。     

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。     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化研究

三线圈结构无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统相比于两线圈结构WPT系统,具有更远的能量传输距离和更高的系统传输效率,但该结构的近距离传输效率有待进一步验证。首先,针对这一问题建立全面、精确的三线圈模型;其次,分析得到三线圈近距离传输效率降低的原因:由于阻抗不匹配的问题,导致线圈损耗增加。最后,给出一种基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统,它将两线圈和三线圈的优势结合在一起,解决三线圈近距离传输效率下降的问题。在理论分析的基础上,通过实验验证基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化方法的可行性。相比于传统两线圈结构,该系统在远距离的效率提升达23%;相比于普通三线圈结构,该系统在近距离的效率提升达22%。     

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。     

中距离传输共振磁耦合无线取能装置设计与实验

基于磁耦合机构的等效电路模型,开展无线传能耦合特性分析,提出一种新型空间螺旋线圈结构,应用ANSYS有限元分析软件开展发射线圈和接收线圈的电磁场仿真建模,对线圈结构进行电磁优化设计,并对比有无中继线圈的磁耦合机构,发现添加中继线圈可以在有效增加传输距离的同时将系统的传输效率提高1.475倍。最后,构造了一台共振磁耦合无线取能模型样机,实验结果表明,该样机能够实现传输距离为3 m、功率为40 W的LED灯负载供电,由此验证了无线取能线圈设计的有效性。     

移动式WPT系统双通道间相互干扰分析及其优化设计

移动式无线电能传输(wireless power transfer, WPT)需根据车辆的实时位置，切换不同的发射线圈，确定车辆的位置是实现移动式WPT的关键。为实现车辆位置的实时检测，设计了一种移动式双通道WPT系统，其中能量传输通道用于传输主能量，位置检测通道用于实时检测车辆位置。为研究WPT系统双通道间的相互干扰的问题，建立了四线圈耦合模型，解耦双通道四线圈间的干扰，确定位置检测通道频率，提出弱感性微失谐补偿方案，在不影响系统性能的条件下，降低发射端空载电流。通过理论推导、仿真分析等手段，对相关内容开展研究，并通过实验验证该频率下双通道间的干扰处于可接受范围，弱感性微失谐补偿方案可行有效。     

单调谐因子的PSS型无线电能传输系统

无线电能传输(WPT)系统在实际应用过程中,收发侧线圈经常会不可避免的面临偏移工况,这会导致输出功率剧烈波动从而造成系统的不正常工作。针对此现象,提出了一种单调谐因子的PSS型WPT系统,该方法通过选定合适的补偿电容基准值和调谐因子对发射侧补偿网络电路进行抗偏移优化设计,使得WPT系统能在较大的线圈偏移范围内依然保持输出功率的相对稳定,同时研究了系统发射线圈电流的自调节情况,并分析其对维持输出功率稳定的作用机理。最后,设计出一台95 W的功率样机对所提出的单调谐因子PSS型WPT系统进行实验验证,实验结果表明,该实验样机能在线圈最大偏移量小于40%的范围内,实现系统输出功率波动率小于9.89%,同时最大整机效率达到90.7%。     

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。     

具有可变增益恒压特性的双线圈无线电能传输系统补偿网络设计与分析

为了实现具有恒压特性的双线圈无线电能传输(WPT)系统中补偿网络的优化设计,该文在变压器T网络模型基础上定义等效耦合系数k_r与等效变比n₁,为双线圈WPT系统的高阶补偿网络设计与分析提供一种新方法。首先建立变压器T网络等效模型,给出具有恒压特性的串联-串联(S-S)型双线圈WPT系统元件参数表达式。其次结合等效耦合系数与等效变比,提出具有可变增益恒压特性的串联/并联-串联(SP-S)型与串联/并联-串联/并联(SP-PS)型双线圈WPT系统的补偿网络参数确定的新方法。在此基础上,考虑寄生电阻对系统传输特性的直接影响,以WPT系统的电压增益稳定性与传输效率为指标,得出不同等效参数下传输特性表达式,推导出在线圈偏移情况下最佳等效参数k_r与n₁的表达式,为WPT系统的补偿网络的优化设计提供理论依据。最终通过实物实验验证所提系统的恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。     

三线圈ICPT系统中继线圈的位置优化

三线圈感应耦合电能传输(ICPT)系统在给定工作频率下,中继线圈与原级线圈、负载线圈间的互感及负载大小是影响系统电能传输效率的主要因素。针对线圈间互感与线圈位置的相互约束关系,提出一种在任意给定原级线圈和负载线圈条件下的中继线圈位置优化模型。该模型以电能传输效率为优化目标,综合考虑三个线圈相互间的互感和负载等参数,通过计算机辅助设计,解决了寻找中继线圈最优位置的问题,理论和实验结果具有较好的一致性,且展示出中继线圈的最优位置与负载大小密切相关。     

新型高压输电线在线监测设备WPT系统效率分析

随着智能电网和泛在电力物联网的发展,高压输电线路柱上设备供电问题亟待解决。近年来,提出了一种电流互感器(CT)取电和无线电能传输(WPT)技术结合的新型供电方式,该方式对WPT系统的传输距离提出了很高的要求。因此,此处针对LCC-Multi-S型多中继磁耦合WPT(MC-WPT)系统,采用电路理论对其进行建模分析,通过理论和仿真结合的方法,进一步分析讨论了中继线圈数量、工作频率和负载特性对系统传输效率的影响规律,最后,通过实验验证了理论分析的正确性。为高压输电线路在线监测设备LCC-Multi-S型多中继MCWPT系统设计及效率分析提供了理论依据,对同类型系统设计具有指导作用。