电磁谐振无线能量传输系统参数研究

谐振线圈参数直接影响电磁谐振无线能量传输系统的效率,研究线圈参数与传输效率之间的关系,对无线传能系统的研究和设计有着非常重要的意义.推导了电磁谐振无线传能系统的数学模型,并利用Matlab对系统的频率、线圈半径、线圈匝数、线圈长度、线圈间距离等参数进行了仿真研究.研究结果指出了系统各参数变化时对系统效率影响,频率、线圈半径和线圈匝数等参数增大有利于提高传输效率,但增大到一定程度后对效率的影响不再明显;线圈长度和线圈间距离增加会降低系统效率,但可以通过提高系统频率来进行补偿.     

高K值LC谐振互感耦合系统的设计与分析

主要研究了LC谐振互感耦合系统的耦合性能。从平面螺旋电感线圈互感模型分析了LC谐振互感耦合系统的耦合因数与距离、线圈尺寸之间的关系,设计并制作多组不同参数的电感线圈进行比较实验。结果表明当传感器的尺寸大小受外界环境限制而固定时,线圈内径的增大、匝数的减小(线宽和线间距一定);线宽、线间距和内径的减小(匝数一定)能有效增大耦合因数;并提高了互感耦合系统的传输效率,更有利于对LC谐振传感器信号的提取;为LC谐振传感器应用在高温、高压等恶劣环境奠定了基础。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中锥形谐振线圈结构优化

在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,谐振线圈结构是影响电能传输效率的关键因素.针对锥形谐振线圈结构,基于电路理论,推导了电能传输效率与电路参数的关系表达式;采用数值计算方法,对比研究了锥形谐振线圈与螺旋谐振线圈的电能传输效率.结果表明,轴向间距在一定范围内,锥形谐振线圈电能传输效率更高;进一步研究了锥形谐振线圈结构参数与电能传输效率的关系,提出谐振线圈结构优化方案;实验结果证明,与螺旋谐振线圈比较,锥形谐振线圈的电能传输效率更高.     

基于电共振方法的磁感应通信仿真研究

为了提高磁感应通信系统的通信距离,采用电共振方法进行改进,将其简称为MIC通信,分析MIC的信道特征并与传统的磁感应通信进行对比。研究表明:电共振方法可以减小磁感应通信系统的路径损耗和误码率,进而增加传输距离;线圈的Q值和半径越大以及线圈内阻越小,信号的传输距离越远。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振器设计

为提高谐振式无线电能传输系统的工作频率范围并定量化设计谐振器的参数,首先根据谐振式无线电能传输原理,建立电路模型方程,研究了系统传输特性与谐振器线圈参数之间的关系,在指定谐振频率、传输距离、负载和接收功率情况下,实现线圈半径及匝数等参数的选取方法.同时在谐振器参数给定情况下,仿真分析了负载功率、发射线圈电流、传输效率等传输特性随传输距离的变化特性.最终,结合所设计研制的宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过试验对理论推导和仿真计算进行了进一步验证,试验结果与理论分析和仿真结果相吻合.      

磁谐振无线电能传输功率关系及频率失谐分析

为了进一步了解磁谐振无线电能系统参数和传输特性之间的关系以及线圈固有谐振频率失谐和传输特性之间的关系,首先通过能量守恒定律对系统的功率关系进行了分析,接着通过定义线圈的广义失谐因子对磁谐振无线电能传输系统的失谐机理进行了分析,最后通过50 k Hz的无线传输系统对理论分析的正确性进行验证。研究结果表明,在传输距离为20 cm的情况下,当系统失谐时,其传输效率为74.79%,传输功率为271.27 W;当系统谐振时,其传输效率为80.08%,传输功率为285.66 W。磁谐振无线电能传输系统满足复功率守恒,且在线圈的固有谐振频率发生偏移时,其传输效率和传输功率均会降低。     

电动汽车无线充电系统耦合线圈的优化设计

为了提高电动汽车无线充电系统磁耦合机构的耦合系数，在分析耦合线圈参数对串联补偿网络影响的基础上，采用电磁仿真分析法，对单圆形磁耦合线圈传输距离、内外经尺寸、绕线方式对自感系数、耦合系数的影响进行了研究。结果表明：磁耦合线圈自感系数的稳定性受其外径和传输距离之比影响，磁耦合线圈外径与传输距离之比越小，磁耦合线圈自感系数越稳定；当传输距离和磁耦合线圈外径确定时，磁耦合线圈内外径之比越小，耦合线圈的耦合系数越高；当两个磁耦合线圈传输距离、外径尺寸、互感系数相同时，不同绕线方式的线圈，其耦合系数也不相同，其中匝间距等增绕线方式的线圈可以获得较高的耦合系数。     

磁耦合谐振式无线能量传输效率分析

为分析无线能量传输的效率问题,利用电磁仿真软件HFSS,建立了单个线圈模型,利用单个谐振线圈模型构建了基于磁耦合谐振的能量传输系统。通过S参数曲线直观反映能量传输效率的变化规律,验证了磁耦合谐振式能量传输效率远远大于一般的感应耦合。通过改变模型中两线圈的相对位置,分析了线圈距离、夹角等因素对能量传输效率的影响,依据效率变化曲线,直观展示了频率分裂现象。仿真和分析表明,为实现系统的高效率、远距离能量传输,应尽量减小收发线圈的角度和线圈的错位偏移量,该系统为设计和优化无线电能传输系统提供了一种理论分析方法。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈结构参数优化方法

谐振线圈是磁耦合谐振式无线电能传输(magnetic coupling resonance wireless power transfer, MCR-WPT)系统的核心部分,线圈参数决定了系统电路的谐振参数,进而决定系统的能量传输效率。现有研究只考虑了近距离四线圈及以下MCR-WPT系统建模及其线圈参数优化。为了实现中远距离高效无线传能,构建了一种六线圈MCR-WPT系统模型,并以线圈结构参数为优化变量,通过分析限制交叉耦合与频率分裂的条件建立优化变量约束函数,以线圈互感与线圈内阻之比为目标函数,设计了一种基于灰狼算法的定线圈间距六级MCR-WPT系统参数优化方法,并通过仿真进行了验证,结果表明,其最优传能效率达93%,所构建的六级MCR-WPT及其参数优化方法有效。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统多负载特性研究

针对发射线圈面向两个平行的小型接收负载线圈电能传输情况进行研究,搭建带有频率跟踪装置的双线圈结构磁耦合谐振式无线电能传输装置平台,并在该平台上对单/双负载线圈的发射线圈间距离（以分米级为单位）与传输效率之间的关系进行实验.单负载实验结果与仿真结果吻合度很好,但实测效率普遍比仿真效率要差;多负载实验仿真模型能正确反映传输效率随线圈间距的变化情况,实际实验测量数据与仿真数据相吻合.表明,应用磁耦合谐振式技术的双负载无线输电系统在分米级的传输距离下能够达到较高的传输效率.     

基于磁耦合共振的无线输电系统设计

当人们的上网方式逐渐从有线过渡到无线时,更多的用户期待着电能的传输也能像无线网络一样摆脱线的束缚。文章提出了一种基于磁耦合共振的无线输电系统设计方案。该系统的基本构成是两个铜线圈,天花板上的发射线圈与交流电源相连,桌面下的接收线圈与移动设备相接。利用两个相同频率的谐振线圈产生的强耦合,使电能以无线方式从电源插座传输给置于桌面的笔记本电脑和手机。     

微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计

微机器人胶囊能量无线传输系统的传输性能受到谐振频率、耦合系数、线圈匝数、线圈半径、补偿电容、线圈互感等诸多因素影响.为实现系统性能的全局最优,必须在满足微机器人胶囊最低能耗要求的前提下提高系统传输效率,同时兼顾系统稳定性、温升安全性、可靠性、体积参数等因素.文中基于微机器人胶囊能量无线传输系统初级线圈串联补偿-次级线圈串联谐振补偿模型,建立了系统的能效模型,以初、次级线圈匝数与线圈半径、谐振频率等参数作为优化变量,构建了优化问题的目标函数,对微机器人胶囊能量无线传输系统进行综合优化设计.针对该多变量非线性约束优化问题,采用了改进的遗传算法进行优化计算.实验结果表明,所提出的优化设计方法正确有效,所设计的的微机器人胶囊能量无线传输系统样机的能效达86.6 mW,传输效率达8.01%.     

线圈方位对磁耦合谐振式无线电能传输系统性能的影响

针对磁耦合谐振无线电能传输系统中线圈之间方位改变对系统传输性能的产生影响的问题,利用互感耦合模型,得出了互感系数与系统传输功率和效率的关系;进一步分析了轴向距离、径向距离和偏转角度的改变对传输性能造成的影响,并利用有限元软件进行仿真建模分析。研究表明:存在最佳的轴向和径向距离,使得系统传输功率最大;而传输效率却随着轴向和径向距离的增大而减小。偏转角度在一定范围内,系统传输功率和效率基本不变;超出一定范围则逐渐较小。当偏转夹角为90°,传输功率和效率几乎为0。实验验证了理论分析的正确性,可为移动物体的无线充电系统设计和参数优化提供了有效的参考。     

水下磁谐振式无线电能传输系统的分析与设计

针对水下供电技术中传统接触式密封插头容易在使用中发生磨损导致漏电的问题,基于磁谐振式无线电能传输原理建立了磁谐振式三线圈互感耦合模型。该模型由发射线圈、接收线圈和负载线圈3部分组成,独立的接收线圈具有较高的品质因数,负载线圈单匝绕制有效降低内阻损耗,克服了传统两线圈模型传输性能差和四线圈模型耦合次数多的缺点,提高了传输功率和效率。对海水中高频电磁波的传播特性进行了分析,进一步探究了海水中模型传输功率和效率与三线圈之间传输距离的关系。设计了一个三线圈磁谐振式无线电能传输样机,实验结果表明,在海水中传输距离为12cm时,传输效率可达60%,验证了所提方法的有效性。研究可为今后水下谐振式能量传输技术的应用和优化提供理论支持。     

线圈方位对磁耦合谐振式无线电能传输系统性能影响分析

针对磁耦合谐振无线电能传输系统中线圈之间方位改变对系统传输性能的产生影响的问题,利用互感耦合模型,得出了互感系数与系统传输功率和效率的关系,进一步分析了轴向距离、径向距离和偏转角度的改变对传输性能造成的影响,并利用有限元软件进行仿真建模分析,研究表明：存在最佳的轴向和径向距离使得系统传输功率最大,而传输效率却随着轴向和径向距离的增大而减小;偏转角度在一定范围内,系统传输功率和效率基本不变,超出一定范围则逐渐较小,当偏转夹角为90°,传输功率和效率几乎为0。实验验证了理论分析的正确性,可为移动物体的无线充电系统设计和参数优化提供了有效的参考。     

基于脉宽调变控制的可调电感补偿的谐振式无线充电技术

磁耦合谐振式无线充电技术是电动汽车充电领域新的发展方向,与强耦合感应式无线充电技术相比,磁耦合谐振式无线充电方式传输距离更远、无辐射污染、穿透性强。然而,在定距离串并磁耦合谐振式无线充电装置中,当发射线圈与接收线圈的距离由于某种原因发生变化时,原方和副方的谐振频率不一致,需要实时调整补偿电容,才能保证工作在当前距离下的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种基于脉宽调变(pluse-width modulation,PWM)控制可调电感补偿方案;并通过实验验证了该方法能在一定距离范围内,有效地提高系统在变距离中的传输效率。     

基于PWM控制的可调电感补偿的谐振式无线充电技术

磁耦合谐振式无线充电技术是电动汽车充电领域新的发展方向,与强耦合感应式无线充电技术相比,磁耦合谐振式无线充电方式传输距离更远,无辐射污染,穿透性强。然而,在定距离串并磁耦合谐振式无线充电装置中,当发射线圈与接收线圈的距离由于某种原因发生变化时,原方和副方的谐振频率不一致,需要实时调整补偿电容,才能保证工作在当前距离下的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种基于PWM控制可调电感补偿方案,并通过实验验证了该方法能在一定距离范围内有效提高系统在变距离中的传输效率。     

S-LCC型无线电能传输系统补偿网络分析

为分析S-LCC型拓扑结构的无线电能传输系统中补偿网络参数对于传输特性的影响,首先利用双线圈等效电路模型建立回路电路方程并推导出系统输出功率表达式,其次在不同参数条件下讨论系统的恒流恒压特性,确定以最优输出功率为目标的补偿网络参数之间的相互关系,分析负载电阻与谐振电感以及寄生电阻对于系统输出功率的影响,并搭建双线圈WPT实物系统。研究结果表明：可精准确定以最优输出功率为目标的原副边侧谐振电容关系;系统的输出功率随负载电阻的增加而表现出先增加后减少或者先增加后减少再增加又减少的趋势;最佳负载电阻随着谐振电容的减少而先减少后增加,随着谐振电感的减少而先减少后增加,随着寄生电阻的增加而增加。     

磁耦合谐振无线电能传输系统线圈角度偏移的联合仿真

针对在某些特殊环境下无线充电装置的发射线圈与接收线圈产生角度偏移的非线性耦合问题展开研究,依据磁耦合谐振式无线电能传输电路模型,对无线电能传输效率与发射线圈和接收线圈之间的偏移角度的关系进行了分析。使用ANSYS Maxwell仿真软件,建立了多种线圈偏移角度模型,分析了线圈参数,将所创建的线圈偏移角度模型导入ANSYS Simplorer仿真软件,对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行联合仿真。通过研究得出了角度偏移的一种极限曲线,有助于磁耦合谐振式无线电能传输系统的非线性校正和优化。     

一种无线电能传输装置的设计

设计了一种基于脉冲驱动的磁耦合谐振式无线电能传输系统,采用有源晶振产生1 MHz方波信号,经过驱动IR2110,由MOS管组成的上下桥式推挽功率放大电路以及由LC形成的无线发射、无线接收电路,使用发射线圈发射电能,通过电磁耦合谐振方式把无线电能传送给接收电路,接收到的交流信号经过整流滤波电路给负载1 W的两只LED灯供电,实现了一定距离范围内对无线电能的传输,达到了实际应用的目的。最后,就如何提高该无线电能传输装置的效率提出了一些改进措施,为后续工作奠定了基础。