多耦合线圈自动切换技术的无线电能传输系统

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)系统功率传输效率随传输距离变化而迅速下降。为此,根据四线圈MCR-WPT系统电感耦合模型,推导出传输效率的数学计算式,以此提出利用不同半径的谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离,并利用微控制器自动切换对应的谐振器耦合线圈。为验证设计方法的有效性进行仿真和实验分析,结果表明,这种方法可以使系统能量传输效率在较宽的距离区间内维持高效的水平。     

MCR-WPT 系统接收线圈偏移角度的测量方法研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统接收线圈相对于发射线圈偏移角度的不确定性,导致系统传输效率波动较大的问题,提出了一种基于反射阻抗的MCR-WPT系统接收线圈偏移角度计算方法。根据基尔霍夫电压定律建立发射线圈反射阻抗与线圈互感之间的关联,再根据空间两线圈的互感公式推导互感与线圈偏移角度之间的关系式,从而建立反射阻抗与偏移角度的表达式。利用Maxwell和Simplorer仿真软件搭建线圈模型和外围电路进行联合仿真,同时搭建了完整的MCR-WPT系统实验装置,在两线圈距离不同的情况下做了多组实验。仿真结果显示两线圈设定角度与计算角度平均绝对误差为2.57°,实验结果显示设定角度与计算角度平均绝对误差为2.94°。通过上述方法可以较为精确地计算出短距离无线电能传输系统接收线圈的偏移角度。     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

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。     

基于DDR型独立通道式能信耦合线圈设计

为减小能量信息传输的相互干扰,此处设计了一种独立通道式能信耦合方案,能量传输磁耦合线圈基于DD线圈,信息传输磁耦合线圈基于独立双匝矩形线圈以实现磁场解耦,减小串扰。DD线圈抗偏移性能好;双匝矩形线圈体积小、高频特性稳定、谐振回路设计简单。通过Ansys有限元仿真软件进行DDR耦合线圈仿真设计,分析了线圈参数对线圈性能的影响,对信息回路进行设计以实现数据的完整快速传输。最后搭建实验平台实现了在传输距离为15 cm的情况下,功率传输效率为92%,输出功率为5 kW的大功率实验。     

ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时,其等效负载由线圈参数和系统负载决定,由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此,研究了两螺线管线圈间的互感算法,分析了互感随线圈间距变化的特性,并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系,给出E类逆变器实现零电压开关ZVS(zero voltage switch)的参数设计方法,仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明,当线圈间距为26 cm时可实现ZVS,且系统效率达到86.3%,验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。     

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。     

多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

为解决单一电能发送端为多个负载同时提供电能的问题,文章基于磁耦合谐振工作原理,对多负载磁耦合谐振式无线电能传输系统进行建模,对线圈方位特性、线圈品质因数特性和系统功效特性进行分析和研究。首先推导得出在存在径向偏移的情况下,适度角度偏移会使互感增大,其次通过公式推导和仿真验证,实现了多负载MCR-WPT系统功效最大同步。然后在保证系统传输距离和负载输出功率前提下,运用自适应度粒子群寻优算法获取多负载磁耦合系统对应传输效率最大值;最后通过有限元仿真与实物系统搭建的方法,验证了该算法的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输关键技术

随着电力电子技术的不断发展,无线电能传输成了当前电能传输领域的研究热点,它较好的解决了传统输电中存在的困难。无线电能传输(WPT)又称为无接触式电能传输(CPT),主要有磁场耦合式、电场耦合式、辐射式、超声波式等,可实现小功率到大功率,近距离到远距离的不同应用场合。磁场耦合式又可分为磁感应耦合式无线电能传输(MCI-WPT)和磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)两种。本文主要研究了磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术,包括谐振线圈设计和系统控制技术。     

基于螺线方程的MCR-WPT系统线圈设计

在磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetically-coupled resonant wireless power transfer）系统中,线圈作为能量中转的关键环节,其参数的设计决定了系统的传输效率,但目前仍然没有成熟完善的线圈设计方法。将平面螺旋线圈作为研究对象,采用阿基米德螺线方程,建立了精确的数学模型,分析了耦合线圈互感、自感、电阻与线圈几何参数的关系,得到了较为精确的计算方法。通过COMSOL进行仿真验证,在线圈匝间距较小时,各电量计算误差在5%以内。针对给定的限定条件,以线圈传输效率作为优化目标,通过Matlab求解出最优的线圈参数。最后,绕制实际的线圈并由实验测得其最大传输效率超过95%,证明了线圈设计方法的合理性。     

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8 cm左右时,获得最大传输功率为98,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。     

低速转动多负载MCR-WPT系统研究

目前，磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetic coupling resonance-wireless power transmission）的研究主要集中在单发射多负载静止和单发射单负载转动2种形式。通过对单发射低速转动多负载状态下的系统进行研究，建立单发射多负载系统并进行理论分析，使用COMSOL对静止状态下多负载接收线圈进行仿真，设置静止状态与旋转状态作对比实验，分析接收端转动对MCR-WPT系统传输效率的影响，探讨低速旋转状态下系统传输效率的变化规律。结果表明，在低速转动三负载时，系统能够保持稳定的功率输出，单个负载的传输效率可以达到23.260%，总传输效率达到69.768%，低速转动对传输效率影响较小。     

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。     

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。     

应用于双负载同步供电的双频无线电能传输系统

为了实现无线供电系统同时为多个设备同步供电,该文设计了一种双频磁耦合谐振式无线电能传输系统和一种叠式双圆形线圈结构。主系统可实现大功率能量传输,其谐振频率设为85kHz;辅助系统则可作为小功率传输通道或信号传输通道,其谐振频率为30k Hz。建立双频无线供电系统的等效电路模型,并推导了其数学模型。针对重叠的线圈之间较强的交叉耦合问题,分析了系统的电感、谐振频率对线圈交叉耦合产生的干扰影响,通过在线圈上串联滤波电感并合理匹配谐振频率的手段有效抑制因线圈交叉耦合产生的电流谐波。最后,搭建双频磁耦合谐振式无线电能传输系统的实验平台,成功为40Ω电阻和5Ω电阻负载实现同时供电,通过实验结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

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。     

基于DU-PLL无线电能传输频率跟踪特性研究

在采用串串（SS）补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统中,由于负载变化、传输距离变化和耦合线圈偏移等原因,会引起互感发生变化,导致系统失谐。当系统工作在失谐状态时,输出功率较小、功率因数低,同时较大的无功功率损耗会降低系统的传输效率。为使偏移后的系统能够工作在谐振状态,因此有必要对系统进行频率跟踪控制。通过对微分正交控制策略进行改进,采用直接相位补偿控制的方式,对系统的频率进行主动跟踪。该控制方法不依赖于反馈频率,具有较好的锁相精度和动态性能。最后通过仿真分析和实验证明理论分析的正确性。     

基于克里金模型的无线电能传输优化设计*

为了提高感应耦合式无线电能传输效率，基于有限元耦合线圈与无线电能传输(WPT)系统参考模型、串串型谐振补偿网络，提出了一种利用克里金模型与混合整数遗传算法相结合的优化策略，对耦合线圈结构参数进行优化设计，提高无线电能传输效率。仿真与实验结果表明，优化方案将WPT效率值提高了976%。最后，采用优化线圈结构数据搭建有限元仿真模型，计算值与仿真值计算精度达到了10-5，验证了优化线圈结构对应效率值的准确性。