新型无接触感应耦合电能传输技术研究综述

阐述了无接触感应耦合电能传输技术的工作原理,给出了感应耦合电能传输技术的基本定义.对松耦合变压器的典型物理结构进行了分析与比较,对无接触感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构进行了深入研究,得出了系统在不同结构下的等效电路,推导了不同漏感补偿拓扑下的补偿参数.分析了无接触感应耦合电能传输系统中高频逆变器结构及性能,并对系统的功率传输及控制情况进行了分析.结合目前无接触感应耦合电能传输技术的研究现状与不足,探讨了无接触感应耦合电能传输技术的发展趋势与研究方向.     

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.     

无线能量投射技术效率的研究

无线能量投射技术是一种新型的电能传输技术,当前无线能量投射技术主要有三种方式,即电磁感应、无线电波、以及共振作用。本文着重介绍用电磁感应的方式来实现能量的投射,并且分析了磁芯、频率、气隙等参数对投射效率的影响,并给出了相应的解决方案。     

体内微机电系统无线能量传输技术的耦合特性研究

首先介绍体内微机电系统无线能量传输技术的原理和构成。在互感基础上建立四种拓扑补偿的数学模型。用Mat-lab进行计算和仿真,研究了负载和工作频率对反映阻抗特性的影响以及电磁耦合结构参数如耦合系数和初次级绕组内阻等对系统性能的影响。表明耦合系数增大,可以大大增加系统传输效率;与次级绕组内阻相比,初级绕组内阻对系统传输效率影响更大。因此减小初级绕组内阻,可以显著提高系统传输效率和性能。     

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.     

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.     

基于电磁感应的消化道内微系统的无线供能

针对人体消化道内微小系统,提出了利用电磁耦合进行无线能量传输的方法.体外发射线圈围绕在腰间,产生交变磁场,体内微小接收线圈产生感应电压,两线圈耦合从而实现能量传输.基于线圈耦合电路模型,推导了弱耦合条件下能量传输效率公式和效率最大化条件.对比分析了两种电路结构,给出了提高能量传输效率的根本途径.实验验证了方案的可行性和能量传输效率公式的正确性.结果表明,200 mW功率能够可靠传输,效率达1.31%.     

基于磁耦合共振的无线能量传输特性分析

为了提高磁耦合共振系统的能量传输效率,通过研究系统无线能量传输特性,探索了系统传输效率随耦合距离变化的规律。基于二端口网络分析方法,建立了磁耦合共振无线能量传输的等效电路模型,求解出共振系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式。通过数值仿真对共振系统传输特性进行了分析,揭示了系统的固有共振频率会随着耦合距离的增加,由两个相差较远的共振频率逐渐靠近,直至跨越临界条件,汇聚为一个共振频率的规律。实验结果与理论分析吻合,所建理论模型能够准确描述整个共振系统的能量传输特性。结论可为优化磁耦合共振无线能量传输系统工作效率提供理论依据。     

国外无线电力传输技术进展

无线电力传输(Wireless Power Transmission,WPT)也称无线能量传输或无线功率传输,主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输.随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展,无线电力传输技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破,无线电力传输在军事、通信、工业、医疗、运输、电力、航空航天、节能环保等领域呈现良好应用前景. 近年来,全球无线电力传输市场规模逐年递增,据IHS iSuppli数据显示,2010年无线充电设备市场收入达到1.2亿美元,到2015年将达到237亿美元.从2011年开始,全球无线充电模块销量急剧增长,2019年将增长到9.23亿个(见表1).手机、笔记本电脑等是无线电力传输的主要应用对象,厂商正将无线电力传输技术嵌入到包括智能手机、平板电脑、蓝牙耳机在内的终端.     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

无线电能传输技术综述 3

叙述了无线电能传输的概念和发展历程,着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了详细分析;电磁感应式传输距离近、效率低且需要补偿;电磁共振式是对感应式的突破,可以在几米的范围内传输中等,其研究前景较好;电磁辐射式传输距离远,功率较大,但传输较远距离时需要高效整流天线和高方向性天线,其研制难度较大。     

磁耦合无线电能传输系统能效性能在线监测器设计

无线电能传输（WPT,wireless power transfer）技术目前已被应用到生产生活的很多领域,在WPT系统运行和调试时,需要对系统进行监测以了解系统的实际工作状况。给出了一种上位机与下位机结合的无线电能传输系统能效性能监测器设计方案,以LCC-S型磁耦合WPT系统为监测对象,对监测系统需求进行了分析,给出了WPT系统各能效性能参数的计算公式,提出基于STM32的下位机和基于PC与LabVIEW的上位机系统硬件和软件设计方法。最后通过实验验证了所提出的无线电能传输系统能效性能在线监测器设计方案和设计方法的合理性和可行性。     

基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

E类放大器是磁共振无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统中常用的高频电源,其开关效率是评价WPT系统整体性能的关键指标.针对E类放大器中开关器件的效率和电压应力与负载的紧耦合关系导致其输出效率的不稳定,根据锂离子电池的充电特性和E类放大器的输出效率特性,选用合理的谐振补偿网络结构,提出了一种通过电容和电感阵列实现E类放大器零电压开关状态的主动控制策略.结果表明:在20 cm气隙条件下实现了功率输出为1.1 kW、逆变部分效率高于95％以上的WPT系统实验,大大提高了采用E类放大器的WPT系统的稳定性,验证了所提出控制策略的有效性.     

Demonstration of topological wireless power transfer

Recent advances in non-radiative wireless power transfer (WPT) technique essentially relying on magnetic resonance and near-field coupling have successfully ena...     

电容补偿对无线能量传输系统性能影响的实验研究

本文首先介绍了无线能量传输系统的基本构成和初次级电容补偿模型,然后建立以松耦合变压器为基础的无线电能传输系统,对不同初次级电容补偿模型进行试验研究,结果表明：初级串联补偿可以显著降低电源所需供应的电压,初级并联补偿可以有效降低初级绕组的电流;次级补偿也可降低输入电压和初级绕组的发射电流,与初级补偿相比,电压下降幅度小得多;在初次级均补偿情况下,输入电压和初级绕组电流均下降,功率因数都有提高,在串并补偿情况下输入电压最小,功率因数最高。     

电动汽车无线充电系统参数对耦合影响的研究

为提高电动汽车无线充电系统耦合能力以增强系统的传输效率, 总结了现有的无线电能传输(WPT: Wireless Power Transmission)方式, 分析了基于磁感应耦合电能传输(ICPT: Inductive Coupled Power Transfer)技 术的电动汽车无线充电系统的工作原理, 建立了带有磁芯的 ICPT 系统互感计算模型, 对系统互感与磁芯属性、 线圈属性、 轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果进行了仿真分析。 结果表明, 磁芯属性 对系统互感的影响有上限, 而线圈属性对系统互感的影响无上限, 发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘形磁 芯的 ICPT 系统能满足电动汽车无线充电系统的电源需求和电磁屏蔽要求。     

双频段无线电能传输线圈的宽频建模

为了研究双频段磁耦合谐振式(MRC)无线电能传输(WPT)系统不同频段的传输性能,建立了双频段MRC-WPT线圈的宽频等效电路模型对其谐振频率进行计算和预测;并计算系统在不同频段的正向传输参数。首先测量双频补偿电路的阻抗频率特性,应用矢量匹配方法对测量所得的离散点进行有理数逼近,通过阻抗综合理论建立双频补偿电路的宽频等效模型;然后将其接入原始单频线圈的部分元等效电路构成双频段MRC-WPT线圈的宽频等效电路。最后,搭建了双频段MRCWPT系统的实验平台。结果表明了建模方法的正确性。     

谐振耦合无线传电系统探索实验

讨论了基于谐振耦合的无线传电系统,建立了辅助设计的准静态电路模型。同时讨论了双线圈与三线圈增强的无线传电系统建模,并通过实验验证了谐振耦合理论。在系统的发射端采用E类开关电路,给出了高效率高功率的无线传电系统设计方案并进行了实验验证。     

采用无线技术的供电系统设计

无线供电是一种既方便又安全的供电应用新技术,它无需任何物理上的连接,就可以将电能近距离无接触地传输给用电器。更重要的是,无线供电可以透过非金属物质进行传输,非常的方便。现在最主要的无线供电方案有：电磁波方案;磁耦合方案;非辐射性谐振磁耦合方案。鉴于简单、易行,及可操作性。本文的无线供电依据的主要是电磁感应原理,文中设计了一种简易的无线供电系统,只要发射线圈和接收线圈之间的距离在27cm以内,就可以稳定的输出5V直流电压,整个系统的传输效率约为38.7%。     

无线输电基本原理及应用研究

文章对基于电磁感应、谐振、磁耦合共振和微波四种基本原理的无线输电技术进行了介绍和分析,展望了其在生活、医学、偏远地区供电、军事以及太阳能空间发电站等多种特殊场合的应用,用数据说明了无线输电存在的传输效率低等亟待解决的问题。虽然无线输电的普及应用目前受到各方面因素的限制,但其仍然具有广阔的发展前景。