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。     

小功率磁耦合谐振式无线电能传输频率分裂的研究

针对在磁耦合谐振式无线电能传输过程中当传输距离到达一定值后,耦合因数超过临界耦合值而出现的频率分裂问题。利用互感耦合理论和等效电路模型对系统进行建模分析,得出负载电压和传输效率与耦合因数、失谐因子的关系表达式,并对其频率特性进行分析。为了改善系统在过耦合状态出现的负载电压频率分裂问题,采用了在保持其轴向距离不变的前提下,横向移动接收侧线圈的方式。进行了小功率磁耦合谐振式无线电能传输实验,结果表明通过横向移动接收侧线圈,可以有效改善频率分裂的问题,为无线电能传输在现实中应用提供了有效参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统特性研究

在设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时,其参数选择对系统传输性能至关重要.对发射与接收端都采用串联电路模型来分析其传输特性,得出系统频率、传输距离和负载电阻与传输功率及传输效率的关系方程.通过仿真发现系统频率的改变对传输功率的作用更为显著,不同的负载电阻对应一个最佳传输距离使得传输功率最大.基于NE555多谐振荡器设计了一套频率可调的无线电能传输装置,通过实验验证了仿真分析的合理性,研究结果可指导磁耦合谐振式无线电能传输系统选择合适的频率、传输距离及负载电阻,使得传输性能较优.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统改进

在三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统的基础上,改进了系统线圈结构。根据电路互感耦合理论,推导出改进三线圈磁耦合谐振无线电能传输系统传输功率和传输效率的数学理论表达式,阐述了耦合因数对传输功率与传输效率的影响。应用Or CAD与MATLAB软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,设计并制作了试验平台。仿真与试验结果表明:系统存在最佳功率传输和最佳效率传输,并提高了系统整体的传输距离。     

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。     

非圆截面结构抛撒稳定性数值模拟

为分析初始速度、初始偏转角与质心位置对非圆截面结构抛撒稳定性的影响,利用Fluent程序,对结构在抛撒过程中的质心轨迹与旋转角进行了数值研究. 结果表明:质心径向的最终旋转角随初始抛撒速度的增加呈负指数衰减;在不同结构攻角条件下,质心径向和轴向旋转角均随着初始轴向偏转角的增加而减小,且质心径向偏转角降低速率相对较慢;结构攻角的增加在加剧径向偏转量的同时,削减了轴向偏转量;结构初始攻角与径向的偏转对质心轴向旋转影响不明显.     

电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究

随着电动汽车的普及,电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注.磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大,传输距离适中,因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电.磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器,系统的原、副边线圈之间存在较大的漏感,需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率.对SS型补偿拓扑进行分析,并通过Matlab软件对其进行仿真,分析在不同的负载、电感和频率下系统的输出功率、传输效率的改变.结果显示SS型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动,输出功率和传输效率也较高,表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中.     

无线电能传输系统实本征态与零相角点分析

磁耦合无线电能传输(Magnetic coupling wireless power transfer, MC-WPT)系统的能效受原副边线圈距离的影响较大。在过耦合状态下,由于发生了频率分裂,会导致系统的能效随着传输距离的减小而下降。通过本征模态理论求取系统的实本征态工作条件使系统在过耦合区保证在零相角点处以最大能效工作。并从零相角点的角度出发对比该工作模式和实本征态模式的相似之处。从而实现了利用频率跟踪使系统在过耦合区保持恒功率和恒效率输出。最后,进行了仿真验证,证实了本文计算结果的正确性。     

一种三线圈磁谐振式无线能量传输系统的小型化设计

针对植入式医疗设备、无线传感器以及手机等便携式电子设备的特殊应用,设计实现了一套基于三线圈结构的小型化非对称能量传输系统.基于三线圈系统的等效电路模型,推导了三线圈系统传输效率的表达式,分析了三线圈系统的传输特性和最大效率传输的耦合匹配条件.设计实现的系统接收线圈的外径仅为38.0 mm,厚度为0.6 mm,在10 mm距离下测得的传输效率达79.4%,在100 mm距离内传输效率超过50%.通过仿真和实验对比研究了接收端线圈垂直平移、水平平移和偏转对系统传输效率的影响.     

基于磁耦合谐振的线圈优化设计

磁耦合谐振无线能量传输技术近几年已经引起了广泛的关注和研究,但因为收发线圈体积较大,对于小功率设备的实际应用存在一定的困难.针对该问题,首先建立无线能量传输模型,从理论角度分析线圈Q值在能量传输中的作用;其次,通过三维电磁仿真软件HFSS对手持设备尺寸大小的平面螺旋电感进行优化设计;最后搭建一个小型无线能量传输系统,实现距离为0.1m、传输效率为60%、接收功率为5 W的能量传输,为小体积线圈在小功率设备中的应用提供参考.     

基于电场感应的水下无线电力传输

为了验证水下电能传输的可行性和研究影响传输效率的因素,采用电场耦合原理进行了简单的无线充电电路设计,对电场耦合式无线电能传输的系统结构和基本工作原理进行介绍,分析了其相比于磁场耦合方式的特点,以及由此带来的相应优势,通过多物理场仿真模拟极板间电场分布,设计了一种LC双边的CPT系统,采用单片机组成脉宽调制控制电路并用功率放大电路模块组成发射端和接收端。结果表明了运用电场耦合原理进行无线充电的可行性,在研究中发现极板间的传输距离是影响水下无线充电效率的一个因素,而且两个电极之间的杂散电容也会影响极板间的功率,所以由于极板间隙的存在极板间的功率损耗较大。所提出的LC双边CPT系统,不仅实现了水下无线电能传输,还保证了在一定距离和频率下传输效率的稳定。     

磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证

针对三线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统中线圈距离对系统性能的影响问题,分别从理论上推导出负载功率和传输效率关于线圈间距的函数表达式、计算相邻线圈最佳间距的函数关系式,提出利用求解非线性规划问题的方法求解中继线圈最佳位置。基于以上推导设计了系统软件,该软件能够根据给定的系统参数直接输出传输功率、系统效率等值并进行优化。最后通过实验验证了理论和设计的可行性,对于不同的系统可以通过理论和软件来确定各个线圈的最佳位置。     

无线超压测试系统平地天线传输性能研究

针对冲击波测试的高效、准确和安全性需求,利用4G无线通信技术和存储测试方法研制出一套无线冲击波超压测试系统.开展了平地天线传输性能研究,建立了表征参考信号接收功率与任意传输距离关系的自由空间修正模型.验证实验结果表明,理论值与实验值吻合良好,参考信号接收功率随着传输距离的增大而减小.在一定范围内,平地影响因子随着接收端天线高度的增大而减小,自由空间传输路径损耗随之减小,而参考信号接收功率随之变大.      

超颖材料特性对无线电力传输系统的影响

为了提高无线电力传输系统的传输效率和增大传输距离,在无线电力传输系统中采用了超颖材料.从负折射率和倏逝波出发,通过公式推导和仿真分析,探讨了超颖材料对倏逝波的增强效应.结果表明:当磁导率为负值时,超颖材料对倏逝波磁场的增强效应可使耦合系数成倍增大;而负的介电常数所引起的电场增强效应对耦合系数的影响较小;在现有无线电波段工作频率和厘米量级的传输距离条件下,负折射效应无法提高耦合系数,即无法提高传输效率,而需要制作工艺相对简单、磁导率为负的单负材料,以达到提高无线电力传输效率的目标.     

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。     

降低负载变化对无线电能传输功率的影响

电动汽车锂离子电池的老化,充电过程中电池内阻的变化,负载温度的变化等均会引起WPT系统中负载电阻的变化,这会对系统功率传输的稳定性产生显著的影响。为解决这一问题,分析了负载电阻变化对功率传输的影响,并得到了一个能够降低负载变化对WPT传输功率影响的最优耦合范围。在此基础上,根据最优耦合范围确定了两线圈横向偏移、纵向偏移、同轴偏转的允许范围,并搭建实验平台进行验证,实验结果表明,在最优耦合范围内可将功率的变化值由0.6 kW缩减至0.05 kW以内。     

人工肛门括约肌无线供能系统设计与优化

基于电磁耦合原理,针对人造肛门括约肌系统,设计了一套无线供能系统.该系统主要包括无线能量发射端、接收端、整流模块、稳压模块和充电模块.研究了发射端的发射频率(40～120 kHz)对传输功率的影响,进而优化了稳压模块,并比较了锂电池充电效果.结果表明:在一定发射频率范围内,无线供能传输效率随着发射频率的增大而升高;发射频率为120 kHz时,传输效率可以达到57.47%,接收功率为1.12 W;锂电池能快速充电,为人造肛门括约肌系统提供稳定能量保障.     

基于铁氧体反射器的磁谐振无线能量传输效率的优化

为了改善磁耦合无线能量传输系统的传输效率随距离增加而快速衰减问题,提出一种基于铁氧体结构的优化设计方案.将四谐振体无线能量传输系统等效为二端口网络,分析推导了系统传输效率的表达式.仿真并设计制作了收发线圈直径为30cm的磁耦合无线能量传输系统,实测在30cm传输距离内传输效率达90%以上,在60cm处传输效率约40%,测试结果与仿真结果相吻合.在此基础上,保持原始系统的结构参数不变,引入基于铁氧体结构的磁反射面.研究了两种不同面积大小的磁反射面对系统传输效率的影响,发现不同面积的磁反射面对系统的传输效率有积极和消极两种影响.通过对铁氧体结构的优化设计,实现在30cm到90cm的传输距离内,相比原始系统传输效率最大有15%的提升.     

超高速光孤子传输特性分析及数值模拟

通过数值解非线性耦合薛定谔方程,研究高速光孤子通信系统中高阶色散和偏振模色散对孤子传输的影响,并数值模拟孤子在单模光纤中的演变。研究结果表明：偏振模色散导致孤子脉冲展宽、峰值功率下降、峰值点随传输距离漂移;高阶色散和偏振模色散使孤子加速展宽、脉冲沿出现非对称的振荡结构,脉冲峰值点随传输距离的漂移而发生改变。     

非接触无源压力传感器信号检测系统的耦合特性研究

非接触无源压力传感器信号检测系统利用电磁耦合原理实现了无源传感器信号的无线检测,克服了有线测量存在的安全性差、效率低等缺点。通过建立和分析该系统的互感模型,得知发射和接收线圈之间的互感系数是影响信号传输效率的主要因素,为了实现系统的高效信号传输,应尽量提高互感系数。利用互感理论研究了两线圈的形状参数及耦合距离对两平行共轴矩形平面螺旋电感线圈的互感系数的影响,并用MATLAB软件进行了仿真分析。研究结果表明,为了使两线圈的耦合性能最好,两线圈的设计参数应相同,设计时应尽量使两线圈距离接近的同时,增大线圈的外边长和匝数。