基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统存在的能量发射侧与接收侧需同向对准问题,该文提出一种基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统。新型磁耦合装置原边采用3个共面正六边形发射线圈,控制其激励电流幅值相等、相位互差120°,可在发射线圈上方生成空间旋转磁场,提供全向能量传输通道。该磁场的主磁通在水平面内旋转,与垂直于发射线圈平面的空芯接收线圈形成有效耦合,使磁场工作区域远离无人机机身。搭建实验平台,以系统能量传递功率和效率作为评价指标,验证系统应用于无人机无线电能补给的有效性。实验结果表明,在设计区域内,接收线圈旋转任意角度时,均可实现高效传能。     

水下具有旋转耦合机构的电场耦合无线电能传输系统及参数优化方法

现有水下环境的电场耦合式无线电能传输（EC-WPT）系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影响规律和绝缘层材料及厚度的选取方法,并建立耦合机构模型;以双侧LC补偿的EC-WPT系统为例,建立该系统的等效电路模型,以系统输出功率和传输效率为优化目标,将抗偏移性作为约束条件之一,给出基于第二代非支配排序遗传算法（NSGA-II）的多约束多目标优化方法;通过LT-Spice仿真验证了参数优化方法的可行性和有效性;实验中搭建具有水下旋转耦合机构的EC-WPT系统样机,实现311W的功率传输,效率为87.4%,系统具有良好的抗偏移性。实验比较了水下和空气中的能量传输性能,在耦合机构及参数优化方法相同的情况下,系统在水下的输出功率比空气中高约2倍,并且在水下的抗偏移性优于空气环境。     

感应式无线电能传输系统抗偏移技术研究综述EI北大核心CSCD

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的应用初衷是为了让供电更加灵活方便,倘若系统的抗偏移性能不足,则难以满足实际应用的需求,因此抗偏移技术一直都是WPT系统研究的热点。文章综述国内外感应式WPT系统抗偏移技术的研究现状。首先,概述标准中关于偏移的定义和要求,介绍研究抗偏移技术的主要团队;其次,分析线圈偏移对系统输出性能的影响规律,并列出不同类抗偏移的技术手段;接着,重点介绍不同种类抗偏移技术的基本原理和主要研究成果,并指出不足之处;最后,论述抗偏移技术的未来研究方向。     

电场耦合无线电能传输技术综述

近年来,电场耦合无线电能传输(EC-WPT)技术迅速发展,在传输功率和传输距离上有了数量级的提升.该文总结了国内外相关文献中关于EC-WPT技术的概念,简要介绍了EC-WPT系统的基本工作原理,论述了EC-WPT技术在系统建模、电场耦合机构、高频功率变换器、谐振网络、控制方法、电能与信号并行传输方面有指导价值的理论研究...     

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。     

电场耦合式无线电能传输技术的发展现状

电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点.该文首先介绍ECPT技术的发展历程和基本原理;然后对近年来国内外ECPT技术的研究成果进行分析和系统综述,具体论述ECPT的...     

具有抗偏移特性的无线电能传输系统研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化问题,研究具有抗偏移特性的双拓扑无线电能传输系统.首先分析SS与LCC-LCC拓扑电路的输出特性,选取DDQ线圈结构实现线圈间的解耦.然后提出基于粒子群参数优化算法对补偿网络的参数进行优化使其具有更好的抗偏移特性.最后在PSIM仿真软件中搭建系统电路验证理论分析的...     

电场耦合无线电能传输系统负载软切换控制技术

负载的移除或投入使电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的拓扑结构发生改变,通常会对开关管造成较大的冲击,使得系统无法正常工作。针对此问题,围绕基于E类变换器的ECPT系统的基本特性分析,利用负载移除前、后系统的等效电路形式基本一致的特点,给出实现系统负载软切换需具备的条件,并提出一种参数设计方法使得系统在固定的工作频率下即可实现负载的软切换。最后利用该方法得到一组参数,在Matlab仿真平台下构建系统的仿真模型并搭建实验电路,仿真和实验结果验证了该方法的可行性。系统在负载投入时为负载提供需要的功率并工作在稳定状态,系统效率达到85%以上,在负载移除后工作在低功耗状态。     

无线电能传输平板型磁耦合机构电感解析建模方法EI北大核心CSCD

在无线电能传输系统中,磁耦合机构的设计优化对整个系统的性能至关重要。当前这一过程优化往往依赖于有限元仿真和经验优化,其仿真计算速度较慢,严重限制了优化效率。而现有的电感解析计算公式无法求解含有限大磁体的磁耦合机构电感。针对工程中大量采用的含有磁芯的磁耦合机构电感难以快速计算的问题,该文提出一种典型平板式磁耦合机构电感解析建模方法。该方法基于磁路分析、磁阻建模、参数定标与修正等,实现了磁耦合机构由几何参数到电感参数的快速映射。与有限元仿真相比,提出的解析模型提升了求解磁耦合机构电感的计算速度及磁耦合机构的优化效率。通过有限元仿真及实验,验证了该解析建模方法的精度和速度。     

基于宇称时间对称的电场耦合式无线电能传输系统

电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer, ECPT)系统因电磁干扰小、对极板间金属异物不敏感、无涡流损耗等优点而受到广泛的关注,然而其输出功率和传输效率会随着发射侧极板和接收极板之间距离的增加而急剧下降。为了解决上述问题,提出一种基于宇称时间(parity time, PT)对称的ECPT系统。其中通过电力电子变换器提供非线性饱和增益,以满足PT对称条件。分别建立基于PT对称的并联-并联(parallel-parallel, PP)型和串联-串联(series-series, SS)型2种补偿拓扑的ECPT系统电路模型,推导了2种不同拓扑结构ECPT系统的工作频率和传输特性,比较并讨论2种不同拓扑结构ECPT系统的适用场合。分析结果表明,当耦合极板间的距离(极板耦合系数)发生变化时,所提出的系统均能在满足PT对称条件下保持恒功率和恒效率输出。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

LCLC电场式无线电能传输的耦合分析与实验

耦合极板的偏移是无线电能传输中不可忽略的问题,此处从无线电能传输技术中的谐振补偿和耦合机构部分进行分析,基于LCLC对称拓扑结构下,建立出系统框架模型以及推导出传输功率和效率的数学公式。在Maxwell平台搭建交叉耦合模型来分析耦合电容值的变化趋势;在Matlab软件中搭建了仿真模型来分析偏移后对系统电能传输的影响,最后进行实验验证。研究结果显示,极板间的错位耦合程度越大,系统输出功率衰减的程度越大,且呈非线性变化;其中竖直小角度偏移对输出的影响程度比水平偏移低;耦合机构的极板形状设计也会影响偏移特性;整个系统可以实现75.06%的最佳输出效率。     

基于双侧F-LCLC网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECWPT)系统借助高频电场作为能量介质来传输能量。在实际应用中,许多用电设备需要工作在稳定电压下。为了满足这种需求,提出了一种基于双侧F-LCLC谐振网络的恒压型ECWPT系统,在无需额外设置检测与调节电路的条件下,实现了输出电压不随负载的变化而改变,同时保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。分析了F-LCLC谐振网络正向与反向两种形式的传输特性,给出了网络输出电压与其负载阻值无关的条件,并研究了系统的总谐波畸变率、恒压特性及参数敏感性,在此基础上给出了系统主要参数的设计方法。最后,通过仿真与实验验证了所提出系统的恒压特性以及参数设计方法的正确性。     

海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比EI北大核心CSCD

通过原理分析,提出了海水中感应耦合无线电能传输(ICWPT)系统的电路模型,其中考虑了海水的涡流效应,建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比,基于单个超声换能器的电路模型,建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输(UCWPT)系统电路模型,分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置,以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置,搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较,并对传输功率进行了讨论。研究发现,ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时,UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。     

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%。     

磁耦合谐振式无线电能传输特性研究动态

无线电能传输技术因其独特的传输优势成为当下国内外研究的热点课题,磁耦合谐振式无线电能传输技术以其在近场区传输的自身优势成为当前最为热门的无线电能传输方式之一。该文对磁耦合谐振式无线电能传输系统工作原理、系统建模和耦合机构进行总结概括,详细阐述磁耦合谐振式无线电能传输关键技术的研究动态和研究成果。在现有成果的基础上对该技术需要深入研究和解决的问题以及未来的发展趋势进行了展望。     

电动汽车动态无线电能传输系统设计及抗偏移特性研究

在电动汽车动态无线电能传输(DWPT)系统中,耦合机构相对位置发生偏移会导致能量传输效率和传输能力受到显著影响。因此,针对耦合机构偏移对系统传输性能的影响进行研究,并设计了一种具有抗偏移能力的链式动态传输系统。为提高系统对耦合机构发生偏移动态响应能力,降低负载接收功率波动,提出一种改进式人工神经网络的控制策略。当耦合机构发生偏移时,通过控制DC/DC变换器占空比实现对输出电流的平稳控制,从而实现对输出功率的平稳控制,并通过仿真和试验验证了该系统设计和控制策略的有效性。     

基于失谐的无线电能传输系统抗偏移性研究

针对无线电能传输系统磁耦合机构两侧偏移引起输出功率大幅度波动的问题,文中提出了一种基于失谐的补偿网络参数和结构的优化方法,以提高输出功率的抗偏移性.文章根据极值点的导数为零且函数取最大值的数学思想,使两侧线圈正对的额定工作点对应输出功率的极值点.在此基础上,分析发现了 SS补偿拓扑的补偿参数与输出功率抗偏移性之间的规律...     

磁场耦合式无线电能传输耦合机构综述

近些年,越来越多的电气科技工作者关注无线电能传输技术的研究,其应用领域也逐渐扩大.耦合机构作为无线电能传输系统的重要组成部分,其优化设计对系统的传输效率、传输距离、功率及抗偏移能力有直接的影响.针对磁场耦合式耦合机构的设计,该文从传输线圈、补偿网络和电磁屏蔽结构三个方面对当前的研究现状和热点问题进行简要综述,分析讨论当...     

基于同侧解耦型电场耦合机构的多发射多接收无线电能传输系统

近年来,随着供电水平要求的提高,单发射单接收的电场耦合无线电能传输（EC-WPT）系统难以满足不同功率等级应用的需求。采用多发射多接收的EC-WPT系统可以有效地扩展输出功率等级。然而,在考虑耦合机构的全电容模型的情况下,因为传能通道间的耦合关系,多发射多接收的EC-WPT系统会存在系统失谐问题。为了解决此问题,该文提出一种基于同侧解耦型耦合机构的双发射双接收的EC-WPT系统。首先,建立一个典型的双发射双接收EC-WPT系统模型,分析同侧耦合对系统谐振的影响效果。然后,提出基于分裂极板的解耦型耦合机构的结构,论证其应用在EC-WPT系统电路中的解耦效果并分析了其解耦原理、耦合系数及偏移性能。最后,搭建了一个功率为200 W的实验样机。实验结果表明,所提出的耦合机构具有较好的同侧解耦特性,基于该耦合机构的EC-WPT系统能在不同工作条件下始终保持谐振状态。     

双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证

双频段无线电能传输系统可以提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输。根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路,并设计了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,系统接收端采用陷波电路分离信号和电能。构建部分元等效电路对线圈阻抗特性、系统电能传输能力和传输效率进行计算,由此得出系统可同步传输信号并且不影响其电能传输效率。最后,设计了和理论计算系统参数一致的实验装置进行实验验证,结果与理论分析具有较好的一致性,验证了设计方法的有效性。