基于PEEC的WPT系统磁芯结构建模

磁耦合机构作为无线电能传输的核心部分,直接决定系统的传输性能。目前广泛采用加装磁芯来提高耦合机构的传输性能。然而加入磁芯后,线圈与磁芯的融合建模及协同设计问题,目前多依赖于电磁仿真软件及二维分区建模,该方法无法量化磁芯参数对系统传输性能的作用。此处基于部分元等效电路(PEEC)对磁芯进行建模,根据磁性材料特性分别从涡流、磁化强度两方面构建磁芯二元模型,并引入退磁因子对磁化强度模型进行修正。基于电场积分方程构建了以磁芯涡流、节点电压和磁化强度为未知量的解决矩阵,实现了线圈与磁芯融合建模。在融合建模的基础上,基于矢量磁位提取了带芯线圈的自感系数,将建模结果与商用仿真软件及实验进行对比,其误差控制在5%以内,验证了建模结果的准确性。带芯线圈自感参数量化了磁芯对线圈的附加耦合作用,为磁芯结构设计提供理论支撑。     

基于PEEC的阵列解耦式WPT系统设计与研究

为实现给多个小型电子设备灵活充电,此处设计了一种基于正六边形线圈单元结构的三层交错排布阵列式线圈结构。其主体结构为中间层布置一个线圈,首层与底层分别对称排布3个线圈,且每层线圈间两两解耦。采用部分元等效电路法(PEEC)提取正六边形线圈的电感参数,构建相邻线圈的交叉位置与互感的关系,模型计算表明,当相邻线圈间重叠尺寸为32.42 mm时,线圈实现解耦;在主线圈中设计串联的副线圈来实现单元线圈的耦合磁场均匀分布,该设计使单元线圈与负载间的互感提升约40%。最后提出一种负载坐标定位方法,通过定位负载中心与阵列交错线圈的位置,可启动单线圈、双线圈或三线圈发射模式,实验验证阵列结构可确保负载在不同位置时能够可靠供电。     

一种用于无线电能传输系统的有源中继结构设计与分析

中继线圈能有效增大磁耦合谐振式无线电能传输(MRC-WPT)系统的传输距离,但由于其自身的功率损耗,导致系统总损耗增加,传输功率下降。提出了一种有源中继结构,通过向中继线圈赋能,扩大了发射线圈的能量辐射范围,在显著增大系统传输距离的同时增大了系统的传输功率,保证了输出功率恒定。与多发射线圈系统相比,有源中继系统不需要考虑发射线圈之间的交叉耦合影响,分析及设计更加方便;与传统无源中继系统相比,有源中继系统的最大传输功率高于对应的无源中继系统;与对应的无中继系统相比,在增加传输距离的同时,有源中继系统的最大传输功率能保持与无中继系统相同。仿真结果与理论分析结果一致。