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。     

多线圈无线电能传输系统效率最大化研究

感应式无线电能传输系统主要依靠耦合线圈将能量从电源端传输到负载端。多线圈的耦合特性可以用来构建多输入多输出的无线能量传输网络,目前针对此类网络的稳态特性分析仍然不具有通用性。传输效率作为系统稳态特性之一,是多线圈系统的重要优化目标。由于线圈寄生电阻使得耦合器损耗占据整体系统损耗的大部分,因此,优化系统效率的关键在于最大化耦合线圈效率。首先,建立任意耦合线圈个数的无线充电系统的电路模型,依照输入输出稳态特性分析效率最大化的影响因素以及最优效率点下的功率分配和损耗;其次,仿真验证不同输入端和不同输出端时理论分析的准确性;最后,搭建实验平台验证多发射多接收无线充电系统效率最大化点的稳态特性。     

无线电能传输抗偏移线圈的设计方法

无线电能传输技术具有灵活性高、安全、美观等优点,因而受到广泛关注和研究。传统线圈由于磁场分布不均匀,导致接收端在发生偏移时,互感系数发生变化,进而影响系统稳定性。针对上述问题,提出一种利用穷举推导抗偏移线圈参数的方法。该方法首先根据所需发射和接收线圈尺寸、线圈气隙,穷举出不同匝数和匝距的发射线圈。然后利用互感公式计算线圈发生偏移过程中的互感数值,并判断线圈发生偏移时互感是否稳定,最后通过筛选可以得到所需线圈的绕制参数。利用所提方法推导抗偏移线圈,计算时间较短,设计精度较高。通过实验验证,证明了所提方法的有效性。     

多目标无线电能传输系统线圈综合设计

目前,线圈设计大都是针对无线电能传输(WPT)系统中单个目标的优化设计,对于系统多目标优化的线圈设计则少有研究。针对这个问题,提出了一种给定传输距离和接收线圈外径条件下,满足输入电压要求,且兼顾系统传输效率、功率和成本的线圈综合优化方案。首先建立了WPT系统的电路模型,推导了系统传输效率和功率的表达式;在此基础上,通过COMSOL仿真,分析了传输效率与圆形线圈外径、匝数、层数和匝间距之间的关系。最后搭建了一套实验样机,在电能传输距离20 cm、输出功率400～1 000 W时,系统的传输效率高于90%,验证了线圈优化设计方案的可行性。     

锥形线圈无线电能传输特性优化

锥形线圈具有平面螺旋线圈与柱形螺旋线圈的综合特性,可用于无线电能传输系统中的磁耦合机构。本文首先基于电路理论建立模型,推导出磁耦合机构参数与系统输出参数的关系;然后利用Maxwell软件,从磁感应强度与互感的角度分析与比较传统平面螺旋线圈与圆柱螺旋线圈,提出匝间距不同的两种锥形线圈,两种线圈分别使用铁氧体板及铁氧体条;最后搭建无线电能传输系统实验样机。实验与仿真结果表明,与柱形螺旋线圈相比,锥形线圈结构作为发射线圈时,接收线圈在偏移距离为0～75mm内可获得最高达85.5%的电能传输效率,最高提升4.9%;偏移距离为0～50mm内输出功率也较高,最高达264W,提升15.3%。     

无线电能传输系统耦合线圈优化设计

无线电能传输技术有效地解决了在线监测设备供电问题,但是仍存在线圈耦合程度弱、传输效率低等不足。基于耦合线圈互感和系统传输效率特性分析,提出1种带有"⊥"型磁芯的新型组合线圈结构,从提高耦合线圈间互感的角度提升了系统传输效率。通过仿真模型分析,详细阐述了耦合线圈结构参数及内部磁芯的优化过程。并搭建试验平台,在450 k Hz的工作频率和40 cm的传输距离下,系统能够获得80%左右的传输效率,验证了本文提出的设计方案的可行性,为在线监测设备无线供电系统的设计提供了参考依据。     

小功率无线电能传输系统谐振线圈设计优化

针对胶囊内镜微型化的发展趋势,采用MATLAB详细分析了PCB板平面螺旋线圈构成的无线电能传输系统中接收线圈的线间距、线宽、铜厚、线圈匝数等参数对于品质因数和传输效率的影响.在电源频率为13.56 MHz下,综合考虑各个方面对线圈的影响,得出优化参数如下:线间距为0.254 mm、线宽为2.54 mm、铜厚为35 μm、线圈匝数为6匝.在优化线圈参数的基础上,详细分析了线圈距离对系统传输效率的影响,验证了PCB螺旋线圈应用于胶囊内镜无线供电的可行性.该优化结果对于研究小功率谐振式无线电能传输系统有一定的参考意义.     

无线电能传输系统中影响传输功率和效率的因素分析

射频功放模块是无线电能传输系统的重要组成部分,它的输出功率的大小直接决定了无线电能传输系统的传输功率。阻抗匹配是射频功放模块功率有效输出的必要条件,因此阻抗匹配对无线电能传输意义重大。本文理论分析了无线电能传输系统的等效阻抗以及影响阻抗值的因素。并针对无线电能传输系统阻抗特性提出了五种不同的调节阻抗的方法,并分析了其对无线电能传输系统的传输功率和效率的影响。最后进一步通过实验证实了所提参数对系统功率和效率的影响,为提高无线电能传输功率和效率提供了参考和借鉴。     

线圈距离可变的无线电能传输系统研究

在无线电能传输(WPT)系统中线圈之间的距离是影响输出功率的一个重要因素。针对特定场合中线圈距离可变时仍要保持一定输出功率的需求,此处基于串串(SS)型补偿拓扑对线圈距离与输出功率的关系进行了研究。首先对电路拓扑建立数学模型,利用Matlab软件拟合并分析了线圈距离与互感的关系,通过互感将线圈距离与输出功率两者进行联系并分析,得出了当线圈距离变化时输出功率的变化情况,并基于此说明提升初级电压对增大线圈距离可变范围的可行性。最后搭建了实验装置,通过实验结果与理论分析曲线的对比验证了理论分析结果的正确性。     

基于弧形线圈的无线电能传输系统研究

在采用串串(SS)补偿结构的无线电能传输系统中,针对不同场合下对受电体不同形态的需求,提出一种基于弧形线圈的能量传输结构。推导在SS补偿结构下的系统效率影响因素,得出互感对系统输出功率与效率的影响,之后在Maxwell软件中对平板形与弧形线圈的不同组合进行电磁仿真与有限元分析。基于仿真得到的结论,对采用弧形线圈的无线电能传输系统进行了设计和确定相关参数,并搭建硬件平台进行实验。实验结果证明理论与仿真的正确性,为无线电能传输系统的优化与设计提供参考。     

平衡线圈金属检测技术在无线电能传输中应用

此处提出了一种改进型平衡线圈结构以适应无线电能传输系统中金属检测的需要。首先介绍了该平衡线圈技术的原理,然后设计了探头,最后完成了以单片机为控制核心的金属检测系统设计。实验证明该检测技术具有较高的灵敏度及较强的抗干扰性。     

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。     

无线电能传输系统线圈偏移研究综述:分析,效率提升与定位(英文)

线圈偏移在实际无线电能传输系统中经常出现,而偏移可能造成系统传输效率下降和系统不稳定。本文从理论计算线圈互感和传输效率以及仿真的角度对存在线圈偏移的无线电能传输系统进行分析。据此,本文介绍了现有的效率提升方法。线圈设计和阻抗网络设计已证明能有效地提升系统对线圈偏移的忍受度。本文还介绍了线圈定位技术,线圈定位可以使电动汽车更加方便地停靠进行无线充电。     

耦合谐振式无线电能传输系统的线圈优化

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时,由于存在理论偏差和实际损耗,其传输效率会随着传输距离的增大而急剧减小。因此如何有效地提升发射端与接收端的耦合系数,设计最优的线圈结构以提高传输效率,对研究磁耦合谐振式无线电能传输系统有着重要的理论意义和实用价值。本文采用耦合模理论对系统进行建模,在COMSOL软件平台下,对磁耦合谐振式系统的线圈结构进行了仿真分析,初步得到不同结构的线圈对系统传输效率的影响,在此基础上,提出了在固定线圈距离时线圈参数优化的方案。     

多接收线圈无线电能传输系统的抗干扰控制

多接收线圈无线输电系统存在负载线圈间相互影响的问题。为了实现负载线圈间的解耦,此处引入开关可控电容(SCC)结构,通过移相控制电容的大小实现对系统的时变补偿,进而实现负载线圈的解耦。对控制策略分别进行软件仿真和实际电路模拟,在负载端负载线圈位置、个数及负载大小分别变化时,该策略都能起到控制系统稳定输出的目的,即实现负载端线圈的解耦。     

无线电能传输系统补偿拓扑综述

在无线电能传输系统中,其补偿拓扑是系统的重要组成部分。磁耦合系统中初级与次级之间存在较大的气隙,且漏感较大,耦合系数低,系统的能量传输能力也低,需要采用补偿技术以实现能量的高效传输。以谐振式无线电能传输系统为研究对象,分析了四种基本补偿拓扑的统一等效电路模型,推导了输出端口等效电路随线圈自感、互感、频率等参数变化的解析表达式,在此基础上详细分析了系统输出状态在不同参数下的电路性能,并总结了其优缺点。该研究成果对无线电能传输装置设计具有一定的指导意义。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。