小型谐振器无线电能传输系统研究

针对目前小型无线充电设备的传输效率随发射端和接收端距离的变化而波动的问题,根据无线能量传输系统数学模型,分析了频率分裂的相关因素。在发生频率分裂时不改变谐振频率和阻抗参数的条件下,通过调整两谐振线圈的径向距离来削弱两线圈的互感系数,从而抑制频率分裂现象,提高传输效率。最后搭建了小型谐振器无线电能传输系统实验平台。实验结果表明,该系统可成功对负载进行充电,具有良好的传输性能,适用于小型无线能量传输设备。     

任意空间位置下改进的互感系数计算方法

在无线能量传输系统中,两个线圈之间的互感系数是影响传输效率的关键性因素之一.当两个线圈之间的相对空间位置变化时,对不同空间位置下两个线圈之间互感系数的计算就显得尤为重要.针对多层平面螺旋圆线圈,基于聂以曼公式提出了一种改进的互感系数的理论计算方法.计算出两个线圈之间出现轴心偏移、横向偏移以及角度偏移情况下的互感系数,并与有限元仿真和实验测量结果进行对比,验证了所提出理论计算方法的正确性.该计算方法可以计算任意空间位置下多层平面螺旋线圈之间的互感系数,而且适用于螺线管线圈和单层平面螺旋线圈,为线圈的设计和优化提供了理论依据.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统效率优化研究

提高谐振频率可以有效提高磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统的效率,但容易受线圈位置变化的影响.研究了在固定中频谐振频率下的MCRWPT的传输效率的影响因素.建立了四线圈MCRWPT系统的电路模型,推导了传输效率与传输距离、负载、能量发射、接收线圈匝数之间的关系式.引入遗传算法对传输效率进行优化求解,详细分析了...     

子母弹线圈间耦合对无线传输效率的影响

在子母弹无线能量传输系统中,各个线圈间交叉耦合,使系统传输效率受到影响;通过建立并联谐振无线能量传输系统模型,在子弹线圈组间耦合很小的情况下,分析各个线圈间耦合对系统传输效率的影响,得到在最大传输效率时子弹线圈的频率条件;最后通过实验对推导公式呈现出的子弹线圈频率偏移方向,以及线圈间耦合对系统传输效率的影响进行了验证;结果表明,在对多个子弹线圈进行无线能量传输时,达到最大传输效率时子弹线圈的频率高于初始谐振频率;当子弹线圈与母弹线圈间距较大时,应采用多个母弹线圈对其传输能量;并且减小子弹和母弹线圈间距,可以提高系统最大传输效率。     

PCB磁共振线圈的无线能量传输系统效率分析

磁共振式无线能量传输技术因传输距离较远、效率较高而成为研究热点。文章对四线圈结构的磁共振式无线能量传输系统进行建模,并利用互感耦合模型对系统传输效率进行分析,提出一种逐级分析方法,清晰展现线圈间能量传递关系,推导出内阻、失谐因子、强耦合系数是影响系统传输效率的重要因素。在几种特定应用场景基础上,设计了一种新型的PCB磁共振线圈系统,对所提出的分析方法进行了验证,为后期优化设计提供了依据。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统中线圈参数和负载电阻改变对系统传输性能造成的影响,利用两线圈结构的MCR-WPT等效电路模型,推导了系统输出功率和效率表达式,分析了线圈互感、负载电阻与系统输出功率和传输效率的关系,以及线圈线径、匝数与互感的关系;借助COMSOL有限元仿真软件建立线圈三维模型,并搭建多组两线圈MCR-WPT实验系统对理论分析结果进行了验证.研究结果表明:通过增大收发线圈线径和匝数,可以提高系统输出功率和传输效率,但与线圈线径相比,线圈匝数对传输效率的影响更为明显,而且随着匝数的增加,系统会在更远的传输距离处取得输出功率最大值;随着负载电阻不断增大,系统输出功率和传输效率都呈现先增加后减小的趋势,证明了系统的输出功率和传输效率均存在最大值,但系统输出功率和传输效率达到最大值时的最佳负载不同,即不存在可使输出功率和传输效率同时取最大值的最优负载电阻.     

谐振式电能传输两种线圈结构传输特性比较研究

针对谐振式无线电能传输,从电路理论对比分析了两线圈结构与四线圈结构的传输特性,得到了四线圈结构提高了发射电路及接收电路的品质因数,因而在较远传输距离时其传输效率具有明显优势这一关键性结论.基于实用化角度搭建了基于印制电路线圈的实验系统,对两种线圈结构的电能传输效率进行了实际验证,结果证明了结论的有效性.该研究揭示了两种线圈结构的电能传输特点,为谐振式无线电能传输系统的设计和应用提供参考和借鉴.     

非接触式感应能量传输系统的分析与设计

非接触式能量传输在不同的领域具有很好的应用价值。阐述了非接触式能量传输系统的组成及其基本原理,分析了影响系统能量传输效率的因素,给出了相应的解决方案,设计出了一种非接触式能量传输系统,并且根据实际电路对非接触能量传输系统的影响因素进行了详细的分析。     

非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

根据非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效模型,指出了磁耦合谐振式无线电能传输为磁耦合感应式无线电能传输的特殊情况,即磁耦合谐振式无线电能传输只有在谐振频率处才能实现远距离能量传输;给出了抑制频率分裂的方法,即通过调整发射线圈和接收线圈轴线方向的偏转角度和径向距离来削弱互感系数,提高接收线圈的峰值电压;搭建了非对称磁耦合谐振式无线电能传输系统实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。     

四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统效率研究

针对目前常用的磁耦合谐振式无线电能传输系统中,耦合距离变化时,最佳谐振点随之改变导致传输效率迅速下降的问题,提出一种四线圈的无线电能传输结构,并将“L型”阻抗匹配电路结构分别引入发射和接收端,推导了四线圈传输模型结构下传输效率η与正向传输系数S21的绝对值的平方成正比之间的关系,在发射和接收端分别引入“L型”阻抗匹配电路结构来增大系统的正向传输系数。搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统模型,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,通过四线圈磁耦合谐振式无线电能系统设计,有效地提高了无线电能传输效率。     

水下无线供电数据传输系统设计

为了减轻水下自主航行器(AUV)在无线充电过程中不断变化的电池等效阻抗及海流冲击造成的互感变化对无线电能传输系统的传输功率及效率造成的影响,提出了一种基于无线供电的数据传输系统设计方案,实现初、次级侧通讯功能,形成无线电能传输过程的闭环控制,保证充电过程平稳、高效;系统使用dsPIC30f4012芯片产生变化频率的互补方波信号,驱动逆变器产生调制后的能量信号;此外综合考虑了能量传输和数据传输性能指标,对系统参数进行优化;在数据编码中加入了纠错和同步机制,提高传输准确率;完成了硬件实验平台的搭建,验证了系统可行性,并测试了不同条件下系统的性能指标;实验结果表明:系统在0 dB信噪比时,可实现稳定0误码率数据传输,满足实际工作环境下的应用需求.     

无线充电式传感器系统设计及关键技术

针对实际应用中,有线充电式传感器容易引发工矿企业的一系列安全问题,建立了无线电能传输系统互感等效模型,分析互感对系统功率和效率的影响;设计了能量传输实验系统,通过实验改变负载线圈位置,对异侧同轴、同侧同轴、不同轴3种典型位置进行传输距离和偏转角度特征分析.结果表明:通过合适的距离和角度的组合能取得更好的传输效率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统的实际应用具有指导作用.     

金属环境对谐振式无线电能传输系统的影响分析

根据磁耦合谐振式无线电能传输原理,建立两线圈的磁耦合谐振式电路模型,通过金属材料相对磁导率的引入,分析了不同金属环境对无线电能传输系统的自感、互感、传输效率的影响.采用Maxwell磁场计算软件计算无金属环境及不同金属环境下收发线圈参数,再利用Maxwell和Simplorer联合仿真分析电磁屏蔽效果;利用联合仿真探究了金属环境对系统传输特性的扰动并实验验证.铁磁性屏蔽板铁、镍的存在有效约束了空间磁场分布,具有很好的电磁屏蔽作用,减少电磁干扰;同时使得无线电能传输系统的收发线圈电感增大,而金属铜、铝环境中对无线电能传输系统几乎无影响,与无金属环境结果相同.最后通过实验验证实验结果与理论分析的一致性.     

基于改进型发射线圈的无线能量传输系统优化

胶囊内镜机器人无线能量传输的性能易受到尺寸、安全性等诸多因素的影响。为使机器人胶囊在这些限制下依然能够安全稳定地接收能量,采用修正Helmholtz线圈作为系统的发射线圈。以SS型补偿系统为例,建立了关于初次级线圈匝数、线圈半径和系统谐振频率的效能积模型。以温升条件及电磁安全性限制为约束,建立能量传输系统优化的数学模型。采用改进的混合差分进化算法对系统进行优化设计,并对优化后的参数进行样机实验验证与电磁安全性仿真分析。结果表明,优化后的系统接收功率达1.59 W,传输效率达12.0%,系统的位置稳定性与电磁安全性均满足使用要求。     

一维传感网中混合数据传输的能量均衡

无线传感器网络的固有通信特征会引发能耗不均衡现象,进而产生能量空洞问题;混合数据传输是新近提出的一种能量空洞避免策略,其能量均衡性能主要取决于各节点的传输概率.然而,传输概率的设置还缺乏相关理论模型的指导,而且在节点传输距离受限的条件下能否通过混合传输策略实现全网能量均衡,还有待进一步研究.将一维网络中混合传输策略的能量均衡问题转化为传输概率的优化分配问题,通过相应的形式化模型,推导传输概率的精确表达.研究中发现:传输概率主要取决于节点的位置,但当网络片段的个数超过某一阈值时,传输概率的取值非法,无法应用混合传输策略均衡网络能耗.在此基础上,从理论上给出了全网能量均衡的条件,证明仅当网络片段数不超过n₀时全网能量均衡才能实现,n₀仅取决于一个文中新发现的系数α,α是通信系统的能耗溢价率.还分析了传输距离设置对能量均衡的影响,给出了一般情况下混合传输策略的能量均衡上限.通过仿真实验对所给出的能量均衡条件进行了验证,实验结果与理论分析表明:该条件下,基于所提方法设置传输概率,能够均衡所有节点的能耗.     

一种联合QoS约束及波束形成准则的蜂窝网络高效协作传输技术

针对由于通信干扰严重导致的蜂窝网络数据传输效率不高、能耗较大的问题,提出一种联合QoS约束及波束形成准则的蜂窝网络高效协作传输技术。该技术采用了由宏蜂窝、飞蜂窝组成的蜂窝网络系统模型,分析了网络通信过程中的信号干扰及功率情况。基于QoS约束的高效协作传输算法,采用QoS约束把数据传输的能量效率问题优化成波束成形和功率分配问题,并将Qos约束考虑进波束形成准则,从而改善网络的干扰状态,提高能量效率。实验仿真结果的对比情况表明,该技术可以提高蜂窝网络进行数据传输的能量效率,并减少通信干扰。     

射频供能传感网中能量源布置和发送功率优化

射频能量捕获无线传感网（RF energy harvesting wireless sensor network,简称RFEH-WSN）是无线传感网的热点研究领域之一,专用射频能量源设备（energy transmitter,简称ET）的使用进一步增强了网络的可控制性和实用性.这类应用中一个值得研究的问题就是如何配置给定数量的ET,从而在满足节点能量需求的前提下优化布置位置和发送功率,减少能量消耗.首先对ET布置和发送功率联合优化问题建模,明确优化目标和限制条件.然后分别提出了先基于聚类算法确定ET位置再调整功率的分步优化方案,以及基于粒子群优化（particle swarm optimization,简称PSO）的布置与发送功率联合优化方案.仿真结果显示,布置和发送功率联合优化方案较分步优化方案,ET发送功率的节能效果更为明显.     

能耗优化的流媒体传输任务调度研究

随着信息技术和网络技术的迅速发展,三网融合使得智能电视系统迅速发展,随着云计算技术的出现,基于云计算构架的流媒体平台成为智能电视主流发展方向。智能电视系统提供的视频点播业务迅猛增长,其相应的流媒体传输任务无论在性能上,还是能耗上都成为需要解决的问题。针对智能电视系统中视频点播业务的流媒体传输任务调度问题,提出了一种能耗优化的流媒体传输任务调度算法。该算法根据预测任务时间长度区分不同类型的任务并分别分配到各自类型的节点执行,将碎片化的任务集中调度,让尽可能少的服务器以较高负载状态执行任务从而达到整体能耗减少的目的。相关实验结果表明,该算法可以在不影响服务质量的前提下对能耗实现一定程度的优化。