基于双层正交DD线圈抗偏移偏转的无线电能传输系统

针对磁场耦合式无线电能传输（WPT）系统的线圈偏移和偏转所导致的耦合系数减小及传输能效性下降的问题,面向电动汽车无线充电应用场合,该文提出一种基于双层正交DD(DQDD)线圈的高抗偏移偏转WPT系统,DQDD线圈内部两对DD线圈易于解耦,而且两者激发的合成磁场呈周期性旋转分布,此特征使得DQDD线圈兼具抗偏移和抗偏转性能。给出了DQDD线圈的空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律,分析水平偏移、垂向偏移和垂向偏转三种情况下线圈互感的变化规律;构建基于双路逆变器-双路整流器的LCC-S谐振电路结构,推导同时具有发射线圈激励电流恒定并且系统输出电压不受负载影响的谐振元件参数配置条件,进而给出系统整体的传输效率。为了验证所提出的DQDD耦合机构抗偏移偏转性能和系统传输特性,搭建130mm间距的500W样机装置,在水平横向和纵向偏移±150mm,垂向偏转0～90°范围内,样机的耦合系数保持率均不低于40%,系统的传输效率均不低于80%。     

基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输系统

针对电动汽车进行静态无线充电时，发收机构相对偏移偏转会导致耦合系数和传输能效性急剧下降的问题，该文提出一种基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输（WPT）系统，该系统发射机构采用双层正交DD(DQDD)线圈，接收机构采用交叠式DD(OLDD)线圈。首先，给出空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律，并分析了发射机构激发磁场的分布特性；其次，构建基于双路逆变器-单路整流器的LCC-S补偿网络拓扑，并推导具有发射激励电流恒定特性以及系统输出电压不受负载影响的谐振参数配置条件；然后，给出一种将最大耦合系数作为期望目标的磁场调控策略；最后，通过实验样机验证了所构建耦合机构的抗偏移偏转性能。实验结果表明：在水平面±70%的偏移范围内，输出功率维持在1.8 kW左右，系统效率不低于88%。     

巡检机器人无线充电线圈偏移容忍力改善研究

为了解决巡检机器人无线充电时两耦合线圈偏移导致耦合系数下降速度过快的问题,提出一种发射和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立感应耦合式电能传输系统等效模型,得到传输效率与线圈互感和内阻的关系,并利用有限元仿真软件得到圆形和方形线圈间耦合系数在不同偏移失调情况下的变化曲线。然后推导出圆形线圈间耦合系数与半径比和距径比的关系,根据该关系和限定条件得到优化后圆形和方形线圈尺寸。最后绕制线圈进行实验验证,对比发射线圈优化前后对耦合系数和传输效率的影响。实验结果表明:优化后线圈可以明显减缓耦合系数的下降,提高系统传输效率,验证了所提设计方法的正确性。     

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。     

一种新型电动汽车无线充电系统磁耦合机构

电动汽车无线充电系统中,能量拾取端与发射端的横、纵向偏移问题导致了传输效率降低和传输功率不稳定。为此,通过对常用线圈绕线方式以及磁芯结构的优化,设计了一种"分组串绕线圈+凹凸磁芯结构"的复合型磁耦合机构。阐述了该复合型耦合机构的设计过程,给出了参数设计方法,并基于COMSOL软件对其磁场分布特性及横、纵向偏移特性进行了有限元仿真计算及性能分析,分析结果表明该耦合机构具有较好的抗偏移特性。     

一种结构优化的混合绕制松耦合变压器

在无线电能传输(WPT)系统中,松耦合变压器的耦合系数直接影响能量的传输效率,为提高变压器耦合系数,对一种绕组混合绕制的非接触变压器进行2D磁场仿真,基于磁场仿真结果,给出该混合绕制松耦合变压器的磁路模型.根据磁力线分布,对初、次级磁通进行区域划分,给出各区域磁阻及耦合系数的量化计算方法.以磁阻及耦合系数表达式作为结构优化依据,提出优化结构.采用优化后的结构,设计了 30 V输入、90 W输出的WPT系统,结果表明优化后的绕组混合绕制变压器结构的耦合系数得到增加且传输性能得到有效提升.     

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法.该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构.在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,...     

高抗偏移集成LCC-S型无线电能传输系统研究

为了进一步提高LCC-S型无线电能传输(WPT)系统的抗偏移性能,设计了一种高抗偏移集成LCC-S型的WPT系统。首先,通过对集成LCC-S型电路进行分析,得出集成LCC-S型电路内3个耦合系数与电压增益的关系。其次,在Ansys Maxwell软件上对所选耦合机构进行仿真,初步证明了集成LCC-S型具有优越的抗偏移特性。最后,搭建了一台150 W的实验样机,实验结果证明了集成LCC-S型系统能够在偏移较大范围内实现恒压输出,证明了系统抗偏移特性的有效性。     

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,根据分析结果采用萤火虫算法进行参数优化,最后通过有限元仿真及实验平台验证方法的有效性,结果显示在偏移距离小于线圈半径时系统的传输效率可保持85%以上,与传统的SS拓扑结构下WPT系统进行比较,优化后的系统传输效率平均提升20%,负载的接收功率保持在20 W左右。     

双侧调谐的PSS型无线电能传输系统

线圈偏移引起的输出功率剧烈波动是无线电能传输（WPT）系统在实际应用过程中不可避免的重要问题之一,其会造成系统的不正常工作甚至对用电设备造成危害。为解决线圈偏移带来的输出功率波动问题,在此提出一种双侧调谐的PSS型WPT系统,通过引入2个调谐因子使发射侧补偿网络和接收侧补偿网络同时都工作在失谐工况,进而使得系统能够获得良好的抗线圈偏移扰动性能,同时也与单侧调谐PSS型WPT系统进行了性能对比。最后,搭建了一台50 W的实验样机对所提出的双侧调谐PSS型WPT系统进行验证,实验结果表明,该样机能在耦合系数为0.22～0.35的波动区间内,保持系统输出功率波动率小于4.89%,同时最大整机效率达到89.6%。     

基于DS-LCC拓扑抗偏移性的建模与优化

针对无线电能传输(WPT)系统中线圈偏移导致功率及效率波动问题,提出基于双边LCC(DS-LCC)拓扑WPT系统的改进模型。首先,对该模型进行传输特性分析,推导出不同横向偏移条件下线圈互感与传输特性间对应的函数式。其次,引入归一化方法并确定偏移后线圈匝数与耦合强度及线圈内阻的线性关系。在上述基础上通过对系统进行参数优化设计,实现特定横向偏移范围内系统输出功率和传输效率抗偏移性的提升。最后,搭建一台100 W的实验样机对理论分析进行验证。结果显示在0～20 cm的横向偏移范围内系统的输出功率始终高于80 W,传输效率始终高于70%。     

无线电能传输系统的线圈参数及耦合系数研究

磁耦合谐振无线电能传输影响系统耦合系数的主要因素是线圈参数。对于空间两线圈的互感模型,由诺依曼理论推导出发射、接收线圈间的互感系数表达式;通过建立有限元仿真模型对收发线圈进行电磁场仿真计算,针对线圈结构进行优化设计,进一步分析载流线圈的绕制结构、尺寸参数、空间位置等因素对互感耦合系数的影响。采用层绕式螺旋管结构线圈能提高传输系统耦合效率,增大发射线圈尺寸使其大于接收线圈尺寸有利于提高耦合性能。     

电动汽车无线充电系统磁耦合线圈耦合系数的研究

针对电动汽车无线充电系统磁耦合线圈之间耦合系数小、存在偏移的问题,对磁耦合线圈的耦合系数进行了研究分析。首先根据无线充电系统串-串补偿模型,分析了耦合系数与传输功率和传输效率之间的关系。其次,比较了不同形状的线圈在相同围绕面积的条件下,耦合系数随线圈间气隙距离和偏移的变化。以圆形-圆形线圈为例分析了线圈内部参数变化对耦合系数的影响。最后,对比分析了圆形线圈增加磁芯时对耦合系数的影响。研究结果证明了所提方法的有效性。     

基于双耦合线圈的无人机轻量化无线充电耦合机构设计

针对中大型无人机无线充电需求，设计了一种双耦合线圈无人机无线充电耦合机构，该耦合机构在满足无人机接收侧轻量化设计的同时，具有较高的传输能效与一定的抗偏移能力。双接收线圈安装在无人机双侧底部支架位置，双发射线圈安装在与无人机支架倾斜角度相同的梯形发射平台上，以减小无人机大范围偏移，同时采用顺向串联的形式，保证无线充电的均匀性。采用串联-串联S-S（series-series）补偿结构，运用有限元仿真，对比分析耦合线圈不同参数对传输效率的影响，以轻量化为原则对耦合线圈进行优化设计。通过搭建无人机无线充电实验系统进行验证，结果表明，该耦合机构可有效地对无人机电池以1.2 kW功率进行充电，传输效率为95.554%，无人机侧耦合机构质量为320 g，符合无人机耦合机构轻量化设计需求，且具有一定的抗偏移能力。     

三线圈无线电能传输系统恒压输出研究

针对自动引导车(AGV)无线电能传输(WPT)系统中磁耦合机构偏移影响输出电压稳定的问题,在输出并联型LCC/Multi-S的基础上提出了一种新型三线圈结构的WPT系统。该系统采用一种新型类中国结(CK)线圈结构和DDQ线圈作为磁耦合机构,通过合理参数配置,不仅实现了与负载无关的恒压(CV)输出,并且实现了X方向、Y方向以及XY方向同时偏移时的CV输出。利用COMSOL有限元仿真工具对该磁耦合机构的互感特性进行了仿真分析,从理论上证明了系统在线圈偏移的工况下能够实现CV输出;最后,搭建了试验平台验证了理论分析的正确性和可行性。     

一种四线圈WPT系统的耦合动态调整方法

在四线圈的磁耦合谐振式无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统中,其效率随着传输距离及负载的不同而剧烈变化。由于传统WPT系统的线圈耦合参数难以根据工况进行动态调整,造成整体的传输功率及效率相对较低。为此,该文提出了一种新的四线圈WPT系统耦合调整方法。在详细分析并推导系统传输模型的基础上,提出在耦合线圈间设置辅助线圈实现耦合系数等效调整的方法,从而提高系统在不同传输距离下的传输效率及输出功率。该方法具有损耗小、调整范围大等优点。最后,通过实验样机的测量验证了所提出方法的可行性。样机的端到端效率峰值达到了86%。同时,所提出的耦合调整方法将系统在传输距离大于150mm,即发射线圈与接收线圈耦合系数小于0.05时的输出功率与整机效率由原有的20W、46%提升至50W、60%。     

双发射单元无线电能传输系统抗偏移特性研究

双发射单元无线电能传输(WPT)系统采用两个发射单元对系统进行供电,能够有效提升系统的抗偏移特性.首先对双发射单元的系统建立数学模型,从理论上分析了功率波动的影响因素.针对接收线圈横向偏移过程中互感变化影响因素进行了仿真分析,给出了一种耦合机构的设计方法,通过对发射线圈及接收线圈匝数进行优化选择,从而保证系统具有平稳的输出功率和较高的效率.最后搭建了一个双发射单元磁耦合WPT系统进行了实验验证,实验结果表明接收端在正负5 cm的偏移范围内系统输出功率仅变化2 W,系统效率保持在80％以上.     

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。     

用于IWPT系统的双层交叠线圈抗偏移特性研究

针对无线电能传输(WPT)线圈发生横向偏移导致效率降低的问题,提出了一种双层交叠线圈结构,该结构可以实现多负载充电,且具有较强的抗偏移性能.首先,建立双层交叠线圈系统电路模型,分析影响系统效率的因素;其次,通过COMSOL软件仿真建立了双层交叠线圈模型,研究了多组充电区域的效率和横向偏移的关系;最后,为验证理论和仿真的真实性,设计了试验装置,结果表明,接收线圈磁通量变化会影响线圈效率,当发生横向偏移时,所提双层交叠线圈结构能维持高且平稳的磁场强度,使系统有效地保持高效率能量传输.     

基于“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。