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。     

线圈距离可变的无线电能传输系统研究

在无线电能传输(WPT)系统中线圈之间的距离是影响输出功率的一个重要因素。针对特定场合中线圈距离可变时仍要保持一定输出功率的需求,此处基于串串(SS)型补偿拓扑对线圈距离与输出功率的关系进行了研究。首先对电路拓扑建立数学模型,利用Matlab软件拟合并分析了线圈距离与互感的关系,通过互感将线圈距离与输出功率两者进行联系并分析,得出了当线圈距离变化时输出功率的变化情况,并基于此说明提升初级电压对增大线圈距离可变范围的可行性。最后搭建了实验装置,通过实验结果与理论分析曲线的对比验证了理论分析结果的正确性。     

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。     

200W级磁耦合谐振式无线电能传输频率特性的研究

采用磁耦合谐振技术提供了一种新型无线电能传输方式,其安全、可靠、灵活的特点受到广泛关注。为进一步扩展无线电能传输的应用领域,设计较大功率的无线电能传输系统是十分必要的。基于串并结构谐振电路等效模型,通过电路理论推导出补偿电容、电压增益、效率等表达式,应用Matlab软件对系统的谐振频率进行了仿真分析,得出谐振频率偏移对系统性能影响规律。在此基础上设计了一套无线电能传输实验平台,传输距离为1~7 cm,该装置负载端获得功率可达200 W,最高传输效率为80%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振方式分析

磁耦合谐振式无线电能传输系统在实际设计中具有传输效率高,结构简单,实用性强等特点。从等效电路的角度研究了单发射-单接收谐振模式中串联-串联式、串联-并联式、并联-串联式和并联-并联式4种谐振模型下系统传输效率。经过数值仿真,得出了每种谐振模型下系统传输效率和输出功率与系统振荡频率、传输距离及带负载能力之间的变化关系,发现每种谐振模型各有其适用工况,总结出了在设计中如何根据实际情况选择适当的谐振方式来达到最佳的传输效果:当所设计的系统供电对象为小负载且仅需较小的传输距离时,采用串联-串联谐振模型能够达到较好的传输效果;当需要具有较远的传输距离和较强的带负载能力时,应采用串联-并联谐振模型;当无法实现较高的系统谐振频率时,应采用并联-并联谐振模型。最后根据4种谐振模型,实际设计制作了4套磁耦合谐振式无线电能传输系统,验证了上述分析的正确性。     

磁耦合谐振式无线电能传输方向性分析与验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中角度偏转是否会对接收电能产生影响的问题,首先利用空间两空心线圈的互感耦合理论和等效电路分析无线电能传输系统的频率特性,得到归一化电压的频率响应曲线和电能无线传输的必要条件。然后根据空间任意放置的空心线圈的耦合系数与方向的关系分析方向改变对耦合因数的影响,提出系统在过耦合、临界耦合和欠耦合三种状态下的方向特性。最后,设计了实验电路并进行了相关的实验研究,实验结果与理论分析具有较好的一致性,验证了无线电能传输系统中方向性的问题。本文关于方向性的分析为移动设备的无线电能传输系统设计和参数优化提供有益的参考。     

多耦合线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统

基于耦合电感理论建立了4线圈磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WRT)系统的电路模型,根据该模型推导出耦合系数、能量传输距离和能量传输效率之间的数学关系。针对4线圈MCR-WRT系统能量传输效率随传输距离变化而变化的现象,提出利用开关切换不同半径谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离的方法。为验证该方法的有效性,进行了电磁仿真、电路仿真和实验分析。结果表明,采用这种方法有效地提高了系统在不同传输距离下的能量传输效率。     

具有稳流输出的无线电能传输电路

针对LC串联谐振和并联谐振在工作频率发生漂移时,电路整体功率传输能力及效率都会明显下降的问题,提出一种一次侧带有LCC(电感-电容-电容)复合谐振网络的无线电能传输电路。依据互感模型,在基波条件下,分别建立了耦合线圈一次侧与二次侧的等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式,并进一步导出了复合谐振网络中电感与电容的计算公式。实验结果表明,谐振频率与负载电阻无关,在谐振频率下,当耦合线圈的距离保持不变(即互感恒定)时,输出电流的有效值恒定,具有电流源特性。通过实验与仿真结果的比较,验证了对该电路分析与设计结果的正确性和有效性。因此该电路适合于需要电流源供电的负载,经改进后还可用于电场耦合式无线电能传输。     

旋转式无线电能传输系统设计与特性研究

为解决现有旋转设备滑环供电模式存在的不足,设计并研究了一种旋转式无线电能传输系统。同时设计了一种嵌套式磁路耦合机构,并进行了仿真和实验验证。据此磁路机构研究了一种LCC/S型谐振补偿无线供电系统结构,阐述了系统参数设计方法,并对LCC/S型补偿网路的工作特性进行了深入的研究分析;最后搭建了实验平台,对理论分析、电路设计的正确性进行了验证。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

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。     

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。     

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法

研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法:通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明:相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。     

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。     

金属障碍物对磁耦合谐振无线电能传输系统的影响

近年来,基于无线电能传输技术的各类系统受到越来越广泛的关注。大多数关于磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究集中于能量在自由空间中传播的情况,本文针对无线电能传输系统可能遇到金属介质障碍物的情况进行了探讨。分别将障碍物置于发射端一侧、接收端一侧以及发射端和接收端之间,并对其进行仿真分析及实验验证。仿真结果显示金属障碍物的设置对系统附近磁场有明显影响,与实验结果一致。并且证明,通过调节可调电容,可以使系统输出功率大致恢复到无障碍物时的水平。     

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。     

面向便携式电子设备的无线电能传输研究

基于耦合模理论研究了强磁耦合谐振技术应用于便携式电子设备无线电能传输的可行性。结合理论分析结果,设计并制作出便携式电子设备大小的平面螺旋电感,构造高品质因数值谐振体。根据系统阻抗随谐振体之间距离变化的特点,设计出4线圈结构的系统拓扑以实现系统阻抗匹配。搭建实验平台,测试系统传输特性,实验结果表明系统在一定距离内传输效果良好,实现了中距离的无线电能传输。证明了系统设计的可行性。     

应用于无线电能传输系统的中继线圈工作性能

以无线传感器网络节点无线充电应用为背景,采用具有磁场放大作用的中继谐振线圈,解决远距离、小尺寸接收端在极弱耦合系数(10?4量级)条件下所带来的无线电能传输问题。通过分析中继线圈的在谐振频率时的工作特征以及电流放大的理论机理,设计具有磁场增强功能的中继线圈,并研究其频率特性,同时实现:1耦合谐振时中继线圈对源级电流放大四倍以上;2通过采用将中继线圈与源级线圈置于同一平面的结构优化系统空间尺寸;3直径5cm接收端线圈在距离1m时为功率LED进行无线供电。