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。     

基于动态匹配法的无线电能传输效率分析

作为无线电能传输(WPT)技术一个新的发展方向,磁耦合谐振式WPT技术具有较大的传输距离、较高的传输功率和效率以及无辐射性和穿透性等优势。然而,在定距离磁耦合谐振式WPT装置中,当发射线圈与接收线圈间的距离由于某种原因发生变化时,电路阻抗需要实时匹配,才能保证系统始终工作在该距离的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种动态匹配优化方法,并通过仿真与实验验证了该方法能有效提高系统在变距离环境中的传输效率。     

电磁感应式无线电能传输系统一次电流效率优化配置

电磁感应式无线电能传输系统在包含多个接收模块时通过保持一次侧发射线圈电流恒定可以实现多个二次侧接收模块间控制的解耦.当接收模块通过DC-DC控制输出电压时,一次线圈电流可以在一定范围内灵活设定,这也带来了效率优化的空间.该文建立一次电流与电磁耦合机构效率之间的定量关系,得到效率最大的一次线圈电流最优值.基于系统参数进行不同一次线圈电流下耦合机构效率的计算.搭建无线电能传输仿真系统和实验平台,仿真系统的耦合机构效率测量结果与理论计算结果相同,实验测量的效率变化规律和最大功率点也与计算及仿真结果基本一致,从而验证了提高无线电能传输系统电磁耦合机构效率的一次线圈电流优化方法的有效性.     

电动汽车无线充电系统磁耦合线圈结构的多目标优化设计

对于电动汽车无线电能传输（WPT）系统的磁耦合线圈结构优化设计,需综合考虑功率等级、传输效率与经济性等。首先分析了线圈匝数与匝距对传输功率、传输效率及线圈经济性的影响。然后,基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）,提出了以线圈效率与线圈经济性为优化目标,以3.3 kW额定功率与线圈尺寸为约束边界,对线圈匝数与匝距进行多目标优化设计的方法。最后,基于Maxwell-Simplorer联合仿真验证了优化设计方法的可行性与有效性,优化后线圈最大传输效率可达93.4%,两侧线圈损耗均得到改善。     

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.     

带中继线圈无线电能传输的效率分析方法

通过耦合模理论(CMT)对带中继线圈的无线电能传输(WPT)系统进行了详细的效率计算和分析,得到了系统输出效率的数学表达式。继而对系统的输出效率表达式进行仿真,表明了系统输出效率与输出阻抗、线圈损耗率和耦合系数之间的关系,从而找到了影响系统输出效率的关键性参数。最后设计制作了一套带中继线圈的磁共振无线电能传输系统实验装置,通过实验验证了上述分析的正确性。     

便携式电子产品的无线电能传输技术

结合磁耦合谐振无线电能传输理论,提出了一种适用于一般便携式电子产品的无线电能传输系统模型,分析了其传输特性及优化条件,探讨了品质因数和耦合因数对传输效率的影响,通过理论分析和仿真研究表明:线圈品质因数确定时,通过调节发射端耦合线圈间的耦合因数,可实现对系统传输效率的优化。     

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。     

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。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。     

无线电能传输磁耦合系统损耗优化

在不含磁芯的无线电能传输WPT（wireless power transmission）系统中，由磁耦合系统引起的损耗是系统损耗的主要组成部分之一，而磁耦合系统的损耗由接收线圈、发射线圈的电阻以及流经收发线圈的电流所决定。结合串/串S/S（series/series）补偿拓扑无线电能传输的电路响应特性，分析磁耦合系统的线圈感量、线圈电阻与线圈匝数的关系，提出了根据发射、接收线圈电流工况调整收发线圈匝数的磁耦合系统线圈匝数组合优化设计方案。绕制3组不同匝数组合的收发线圈（含优化匝数组合及两组对照匝数组合线圈）用以验证优化方案的可行性。仿真及实验结果均表明：在相同工况下，优化组合方案的线圈总损耗均低于对照组，且整体样机的效率均高于对照组。     

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%。     

用于高压无线供电设备的线圈研究

用于无线电能传输(WPT)的线圈品质因数Q是决定传输距离与传输稳定性的关键因素。为减小线圈阻值并提高Q值,利用HFSS软件与VNWA逻辑分析仪,分析并验证线圈在高频情况下的电路参数,设计出多层导体并联的线圈结构,使线圈电阻减小,电感增大,进而使线圈Q值增大到一定范围内。经过分析,此结构达到了设计要求,可应用于WPT领域中。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。     

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.     

基于端口阻抗的磁耦合谐振式无线电能传输特征参数仿真方法研究

以单个自谐振线圈等效模型的端口阻抗及耦合线圈之间二端口网络的等效模型为出发点,利用高频有限元仿真软件,结合无线电能传输技术自身的特点,提出分布参数谐振线圈仿真分析以及关键参数的提取方法,通过实验对比验证仿真方法的合理性。另外根据耦合线圈频域阻抗分裂的特点提出耦合系数的计算方法,为进一步分析分布式参数线圈对无线电能传输性能影响的研究提供参考。     

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。     

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。     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

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%。