基于Maxwell的无线电能传输耦合机构的磁屏蔽分析

为了提高无线电能传输系统的传输效率,同时减少耦合机构在运行时对环境造成的电磁影响,提出了一种使用铁氧体磁屏蔽材料对耦合机构的电磁能进行塑形的方法。首先,分析了耦合机构的互感对无线电能传输系统输出功率和传输效率的影响。然后,利用有限元分析软件Maxwell建立了耦合机构的3D模型,计算了耦合机构没有磁屏蔽和三种不同形状磁屏蔽材料的互感,同时分析了不同情况下耦合机构中心位置的磁场强度。磁屏蔽可以有效提高系统传输效率,增强耦合机构内磁场强度,降低耦合机构外磁场强度。     

基于广义层合理论的无线电能传输纳米晶高性能屏蔽方法研究

铁氧体+纳米晶(ferrite + nanocrystalline,FN)层合后的屏蔽性能与材料及结构相关。为解决传统铁氧体屏蔽性能不足问题,提出一种综合考虑材料特性与结构尺寸的广义层合理论,给出磁屏蔽性能评价参数与理论计算公式,基于所提理论分析FN层合磁屏蔽综合性能,并设计新型FN高性能层合磁屏蔽。通过有限元仿真分析层合屏蔽系统的能效损耗和空间漏磁分布,搭建相应的无线电能传输实验系统和三维空间磁场测试平台,定量测试FN层合屏蔽系统的功率损耗,传输效率及空间磁感应强度。仿真及实验结果表明,提出的广义层合理论方法具备准确性,新型FN层合磁屏蔽较传统铁氧体具备更高性能。     

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%。     

干扰因素下无线电能传输频率控制算法研究

为了提高无线电能传输WPT(wireless power transmission)负载端接收功率以及效率,增强传输的稳定性,研究无线电能传输系统过耦合干扰因素下无线电能传输频率控制算法,解决在该种干扰因素下频率分裂引起的传输功率下降问题。采用自适应频率跟踪WPT系统,依据DSP控制DDS(direct digital synthesis)自动调节输出频率,完成无线电能传输频率的自适应跟踪控制。采用改进粒子群优化算法,以进化因子和时间变动为依据进行自适应调整粒子的惯性权重和学习因子,提高粒子寻求最优解的速度和粒子算法的搜索力,获取无线电能传输系统功率和效率的最优值,增强频率跟踪的速度和精度。结合Zigbee,向DSP中植入改进粒子群优化算法,控制无线电能传输系统射频源频率,完成无线电能传输系统功率和效率同步频率跟踪,增强过耦合运行状态下无线电能传输负载端接收功率及效率。实验表明,该控制算法可在临界耦合点前提高无线电能传输系统整体功率,且能提高无线电能传输系统效率,系统发射端频率得到平稳控制,性能得到改善。     

微波铁氧体器件现状及新一代集成化微波铁氧体器件展望

阐述了微波铁氧体器件发展现状,指出了微波铁氧体器件当前应该发展的技术方向和亟需突破的关键技术,强调微波铁氧体器件小型化和便于IC集成要求迫在眉睫。为实现微波铁氧体器件的小型化,从微波铁氧体器件基本原理入手,论述了圆极化概念在微波铁氧体器件功能实现和性能优化方面的重要作用,提出了采用绝缘多导体磁性结构实现可满足小型化和便于集成化要求的新一代微波铁氧体器件的基本思路。绝缘多导体磁性器件结构可实现多个TEM波模式的混合传输,利用此构造关于磁化偏置方向的正负圆极化波,从而产生显著的非互易传输和电控特性。TEM模式没有低频截止问题,器件尺寸可大体不受波长比拟规则的限制,通过目前日趋成熟的磁性集成化工艺,可实现小型化和便于IC集成化的新一代微波铁氧体器件。     

磁共振模式无线电能传输系统建模与分析

针对磁共振模式无线电能传输系统功率和效率计算问题,利用互感耦合模型,对磁共振模式电能传输系统的4种拓扑进行分析,得出了系统的传输功率及其计算模型,并进一步分析了系统传输效率与线圈谐振频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系,为磁共振模式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。为验证理论分析的正确性,制作了一个磁共振模式无线电能传输装置,该装置实现了80 cm内60 W的无线能量传输,且传输效率达到了52%。     

Zn含量对NiZn铁氧体材料微观结构及磁性能影响

采用固相反应法制备NiZn铁氧体材料,研究了配方中ZnO含量对材料微观结构及磁性能的影响.结果表明,ZnO在固相反应法制备NiZn铁氧体材料过程中有助熔作用,增大Zn含量,材料的晶粒尺寸增大,但均匀性变差;同时,非磁性Zn2+增多,材料的起始磁导率显著增大,但因居里温度过低,饱和磁感应强度和矫顽力均显著降低.     

三相无线电能传输系统建模及频率控制研究

针对传统对称磁路机构三相无线电能传输系统存在拾取"盲点"问题,研究了一种非对称磁路机构的三相无线电能传输模式,对系统进行了建模,并对相关参数进行了优化设计。针对该三相无线电能传输系统在变负载时系统谐振频率偏移问题,提出了一种基于阻抗变换的稳频技术,在有效提高系统频率稳定性的同时,提高了系统的传输效率。根据分析搭建了实验平台,并通过实验验证了系统设计的正确性及可行性。     

无线电能传输智能控制系统研究

为解决当前无线电能传输智能控制系统短缺问题,对无线电能传输技术进行分析,阐述了无线电能传输系统电气参数的控制问题,针对目前主流的功率控制方法、频率控制方法展开讨论,最终提出1套无线电能传输智能控制系统设计方案。将数字信号处理技术控制器、工业控制屏等模块高度集成于控制系统中,并结合以频率跟踪模块为核心的无线电能传输电路,达到对系统电源端以及接收端主要电气参量的控制。搭建实验平台并针对不同工作状况进行精度测试,实验表明,该系统在控制精度上满足了要求,使用和维护也比较易于操作,验证了该无线电能传输智能控制系统方案的有效性。     

熏蒸法制备铁氧体干压粉料

加速樟脑的升华,使其弥散于铁氧体粉料颗粒的表面,在满足了磁场成型需要的同时,节约了成本,而且产品成型合格率和磁性能稳定性都可得到提高,很有希望移植于“预磁化”方法制备铁氧体干粉料,使干式生产的铁氧体材料磁性能有一个较大的提高。     

基于垂直中继的U型线圈切换系统设计与优化

与三线圈中继无线电能传输结构相比,两线圈结构具有更高的效率但传输距离较近,而三线圈结构多应用于中远距离无线电能传输,在近距离系统中效率偏低。对于电动汽车底盘距离不一导致充电效率低下的问题,本文给出一种基于垂直中继的U型线圈切换系统,该系统在适合的距离点切换,即在不同传输距离到达最优效率,可以解决间距变化导致效率低下的问题。本文对三线圈电路模型进行分析,对其线圈特性、负载特性和无线电能传输的距离特性进行分析及优化,推导出其效率影响因素,在此基础上进行系统仿真分析。仿真结果表明,与单一两线圈或三线圈结构模型相比,所设计的切换系统在较近和较远距离下无线电能传输效率都提升了58%;与普通三线圈结构相比,该系统无线电能传输效率最高提升了71%。     

无线电能传输中线圈设计对效率的影响综述

无线电能传输技术是当前输电领域中的尖端技术,高品质因数线圈的设计是无线电能高效传输的关键技术之一。本文首先介绍了几种常见的无线电能传输技术,重点对磁耦合式系统的传输方式、适用范围、基本原理和研究方法进行了综述。然后,阐述了磁耦合无线电能传输技术中线圈的优化设计,主要有以下几部分,一是线圈自身参数的设计,包括线圈的形状、结构、匝数、匝间距、绕制方法、材料选择等等,二是谐振链路结构的设计,比如2线圈、4线圈的选择,中继线圈的引入,铁氧体的使用,以及多发射线圈、多接收线圈系统的研究。本文最后引用了实验结果分析比较了各种线圈设计的不同。     

分数阶无线电能传输机理的提出及研究进展

现有的无线电能传输技术均是以整数阶系统理论为基础提出和构建的,传输特性对传输距离、系统参数变化敏感,抗干扰能力弱,难以适应实际应用需要。因此,探索新型无线电能传输机理和技术将是一个长期的研究课题。受益于分数阶微积分的快速发展,分数阶无线电能传输机理和技术被提出。不同于传统整数阶系统,分数阶无线电能传输系统利用其所特有的记忆特性、负电阻特性和频率特性,可以实现高效率、高抗干扰的中距离无线电能传输,且系统设计灵活,可以满足多种场合的需要。为此,文中介绍了分数阶无线电能传输机理的提出过程及研究进展,分别从分数阶微积分、分数阶元件及电路、分数阶无线电能传输机理等方面进行阐述。最后,与现有整数阶无线电能传输系统进行了对比,结果表明所提系统的传输效率和输出功率具有对距离和谐振频率变化不敏感的特性。     

耦合谐振式无线电能传输的传输效率最佳频率

应用集总参数和耦合模理论,研究了电磁耦合式无线电能传输系统的传输效率问题,提出了使无线电能传输系统传输效率最大的传输效率最佳频率概念,分析了传输系统参数和负载对传输效率最佳频率和传输效率的影响。制作了两线圈无线电能传输实验电路,并进行了谐振频率与传输效率的关系,负载与传输效率最佳频率及传输效率的关系,距离与传输效率最佳频率及传输效率的关系实验和仿真分析。实验和仿真分析证明了:无线电能传输系统有一个传输效率最佳频率;传输效率最佳频率近似与负载成正比,与线圈的互感成反比;传输效率最佳频率随距离增加而增大;当系统工作在传输效率最佳频率且负载电阻远大于线圈电阻时,无线电能传输系统的传输效率最大。     

基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法的研究

针对磁耦合谐振无线电能传输系统的磁场耦合效率进行研究,分析了无线电能传输系统能量传输的逻辑关系,将系统网络等效为两个子网络级联,基于各个二端口网络散射矩阵的等效关系,推导出计算两个子网络间电磁场耦合效率的模型。提出基于散射矩阵的无线电能传输系统电磁耦合效率测量方法,通过仿真或实际测量获得S参数,通过S参数的计算得到无线电能传输系统的电磁耦合效率。计算结果与系统能量传输变化规律一致,证明了该测量方法的可行性。该方法测量步骤简单、实时性强,对于分析、优化传输系统的效率具有实用价值。     

双中继无线电能传输系统建模及传输效率分析

针对双中继无线电能传输系统,采用互感耦合理论对其进行建模分析,通过理论与仿真相结合的方法,进一步分析系统传输效率与耦合系数及接收线圈匝数之间的关系,对于具体的无线电能传输系统,探讨了不同传输距离下的最优化线圈匝数设计理念,为双中继无线电能传输系统的设计及效率优化方法提供了理论依据。为了验证理论的正确性,本文设计了与仿真系统参数相同的实验系统,更好地验证了理论分析的正确性,即针对确定的无线电能传输系统,存在唯一线圈匝数,使得传输效率最大化。     

全方位无线电能传输系统设计

针对泛在监测背景下低成本、复杂度低的全方位无线电能传输系统需求,从线圈设计角度提出了一种使用单电源的全方位无线电能传输系统。该系统发射线圈设计为一条导线制成的六面连通立方体,接收线圈为单个矩形线圈。通过磁场分布和互感特性的仿真分析,选择了最优的全方位线圈结构。实验表明在发射线圈任意角度传输功率和效率均能满足无线电能传输系统要求。最终从传输距离和传输角度两个方面,总结了全方位系统的电能传输规律,为接收线圈的最佳安装范围提供依据。     

各种添加剂对NiZn铁氧体性能的影响

NiZn铁氧体是一种十分重要的磁性功能材料,在电子信息产业中有着广泛应用,而添加剂是改善NiZn铁氧体材料性能的重要措施.归纳了不同添加剂在NiZn铁氧体材料中的作用,同时分析了一些典型的添加剂WO3、MoO3、Bi2O3、V2O5、SnO2、SiO2、MnO2、CoO和Al2O3对NiZn铁氧体材料性能的影响及其作用...     

磁谐振式无线电能传输系统谐振器参数对传输性能的影响性分析

针对磁谐振式无线电能传输系统进行设计,需要在不同场合下挖掘其最优化传输性能。通过对磁谐振式无线电能传输系统特别是目前常用的含中继谐振器的四线圈无线电能传输系统进行相应的理论建模分析,采用参数归一化解析理论,探讨最优化传输效率及最大化输出功率的影响因素以及在设计过程中两种实现目标的内在关系。通过理论仿真及实验验证的方式得出在系统工作频率确定的前提下,磁谐振式无线电能传输系统最优化传输效率以及最大化输出功率一定不拟合。将理论结果应用到无线电能传输系统的设计中,发现在系统设计条件不变的前提下,存在确定匝数及半径的能量接收线圈可使得系统传输效率或输出功率达到最优化。     

无线电能传输系统的研究与设计

本文详细介绍了Qi标准给出的无线电能传输系统基本配置,设计了基于无线电能传输技术的无线电能发射电路、无线电能接收电路、通信与控制电路。测试结果表明,设计的简易无线电能传输系统在短距离内可以实现稳定的电能传输,为进一步研究大功率远距离无线电能传输技术及其可靠性奠定了技术基础。