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。     

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。     

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。     

谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究

磁耦合谐振式无线传能实际应用的关键性问题是耦合谐振系统的效率。本文着眼于磁耦合谐振式无线传能技术在高铁系统应用的广阔前景,基于耦合模理论基础,分析了运动状态下的高速列车无线供电系统发射线圈与接收线圈固有谐振频率的变化对系统传输效率的影响;同时基于系统整体效率的角度分析了发射端线圈功率因数角是影响系统输电效率的因素之一。由此提出了一种可调发射端功率因数的驱动器频率同步跟踪发射线圈固有频率的频率跟踪控制技术,确保系统工作在最佳功率因数角下的谐振状态,有效的提升了系统的输电效率。本文同时制作了一个谐振频率为80k Hz的小型高速列车供电系统动态模型,并进行了实验验证,为磁耦合谐振式无线传能技术在高铁中的应用打下了理论与实践基础。     

电动汽车无线充电新型DD耦合机构设计与优化

基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。     

用于电动汽车的多导轨并联动态无线供电技术

为解决电动汽车动态无线供电系统中由于初级分段导轨线圈切换供电时存在电磁耦合机构互感急剧下降的问题,提出一种多导轨并联初级发射线圈结构。首先介绍了电动汽车动态无线供电系统及多导轨并联初级发射线圈的工作方式,其次利用互感耦合模型对整个电磁耦合机构进行电路拓扑分析,接着通过对多导轨并联初级发射线圈的结构参数进行仿真分析,得到多导轨并联初级发射线圈结构可以实现相邻分段导轨平滑切换,最后搭建系统实验平台验证了多导轨并联初级发射线圈的有效性与可行性。     

电动汽车动态无线供电系统发射单元切换模式分析

在动态无线供电系统中,多发射线圈交替工作是提高电动汽车动态无线充电系统效率的有效途径。该文首先推导动态耦合过程的互感表达式,得到互感随位移而变化,进而影响传输功率的结论。其次,为提高输电系统的稳定性,减小由于发射端切换而导致的传输功率降低,对最小动态耦合单元的工作全周期进行分析,并通过有限元仿真软件设计了三组仿真进行对比,证明了双线圈同时供电方案相比轮流交替供电在提高互感和接收功率方面的有效性,并且提出了在0.1～0.3m这一最佳区间内实行双线圈同时供电,而在最佳区间范围之外实行单线圈供电的供电模式。最后,基于所提出的供电方案搭建实验平台进行了测试。结果表明,在最佳区间内实现第一、二发射线圈同时供电可以显著提高无线电力系统的稳定性,减小接收功率的降低。     

自激推挽式磁耦合无线电能传输系统磁屏蔽特性分析

基于自激推挽式磁耦合无线电能传输系统,推导出带有磁屏蔽系统的传输效率表达式,分析了磁屏蔽对系统传输效率的影响机理。利用有限元仿真,研究了三种工况下磁屏蔽与耦合线圈轴向距离变化对耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻造成的影响,进而获得系统传输效率与磁屏蔽的关系。实验方面,基于研制的自激推挽式磁耦合无线电能传输装置,制作了PC95材质的平面型磁屏蔽结构,在传输间距10cm下完成了小功率无线输电实验。通过仿真与实验结果对比,磁屏蔽材料的引入将使磁场更为集中,通过同时影响自激推挽式磁耦合无线电能传输系统的耦合系数、谐振频率、线圈负载品质因数和等效电阻,导致系统传输效率变化,磁屏蔽越靠近发射端其影响将更为显著,只在接收端添加且距离1cm时可获得最大传输效率。     

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。     

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。     

基于三维电磁仿真软件的无线充电耦合机构建模与仿真研究

针对电动汽车无线充电技术,考虑发射线圈和接收线圈发生径向偏移的情况,基于两线圈结构的串串型拓扑,通过三维电磁仿真软件Maxwell来对比圆形、矩形和DD型线圈的抗偏移性能。通过添加磁芯和铝板等对所选线圈进行优化设计。借助Maxwell和Simplorer实现联合仿真,验证该无线电能传输系统设计的可行性。在两线圈间发生偏移的情况下,为实现无线电能传输系统的传输效率达到95%以上的目标,给出了一种基于线圈比较选择的磁耦合机构设计流程,并根据流程设计了切实可行的无线电能传输系统。通过试验验证了该系统的可行性。     

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。     

高压输电线路在线监测设备无线供电磁耦合机构优化

对高压输电线路进行实时精准的在线监测是保障电网稳定运行的有效手段。磁耦合共振无线供电为解决在线监测设备供电困难的问题提供了一种可行方案,但传统磁耦合共振系统耦合程度弱,传输效率对传输距离变化敏感,总体性能欠佳。基于电路模型分析了耦合线圈互感对传输效率的影响,提出了考虑线圈与磁芯耦合影响关系的联合优化方案从而提升传输性能。仿真和实验结果验证了在同轴间距、水平和角度偏移变化时的系统效率提升。为提升磁耦合系统传输效率和距离提供了一种有效方案。     

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。     

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。     

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%。     

线圈匝数对磁耦合谐振式WPT输出功率的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输的4线圈模型中线圈匝数对系统传输功率的影响,本文通过建立系统模型,利用电路理论计算得出系统的输出功率公式,并使用MATLAB软件仿真分析了系统的输出功率曲线.分析结果表明在4线圈的结构和材质相同的情况下,接收线圈的匝数增加比发射线圈匝数的增加使系统的输出功率要提高很多.同时,接收线圈匝数的增加使系统功率达到最大值的频率有明显的下降,而发射线圈增加相同匝数时,频率变化不明显.该结果还表明,接收线圈匝数增加时系统输出功率达到最大值对应的负载电阻在变大.因此,在4个线圈结构相同时,增加接受线圈匝数可以提高输出功率.     

基于混合补偿网络和双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统研究

感应式无线电能传输(inductive wireless power transfer, IPT)不可避免地受到磁耦合机构偏移的影响。在磁耦合机构发生偏移时,为了使无线电能传输系统仍能具有一定的恒流输出能力,提出一种基于双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统。首先,将LCC-LCC 和LC-LC补偿网络进行输入串联和输出串联,组成双边LCC-LC串联混合补偿网络,并研究其传输特性。其次,设计了一种与满足混合补偿网络要求的双层正交DD(double-layer quadrature DD, DQDD)磁耦合机构,该机构在x、y方向发生偏移时,能实现线圈间的解耦。接着,提出一种系统参数配置方法,通过参数配置可以在磁耦合机构发生一定的偏移时,实现输出电流在开环状态下保持稳定。最后,通过搭建实验平台,验证了以上理论分析的正确性和可行性。     

阵列式无线能量传输系统的准静态电磁特性

磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种实现非接触电能传输的新技术,由于其相对于松耦合感应技术具有高传输功率和远传输距离等优势,成为了目前电气工程领域的一大研究热点。针对电动汽车和轨道交通车辆等大功率对象动态无线充电的应用趋势,根据准静态下的麦克斯韦数学方程,利用有限元电磁仿真软件,建立了多发射线圈阵列式磁耦合谐振式无线电能传输系统的三维仿真模型,通过实验测试验证了仿真模型的可靠性。在此基础上,通过有限元分析的方法研究了准静态下不同系统结构时接收端负载电压的稳定性及系统的电磁场分布特征,为电动汽车和轨道交通车辆动态无线充电系统结构的设计提供一定的理论参考。     

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。