谐振式无线电能传输系统谐振线圈优化设计

通过耦合模理论推导出无线电能传输系统发射和接收线圈之间实现能量高效转移的条件,利用等效电路模型对磁耦合谐振线圈进行分析,通过MATLAB仿真软件,得出耦合谐振线圈各参数与传输效率的关系.通过对具体模型进行优化,模型效率明显提高,为耦合线圈的优化设计提供依据.     

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。     

基于空间自由度的3个线圈磁共振无线电能传输模型

传统的共轴磁共振电能传输模型存在空间位置自由度小的缺陷.分析传统模型的发射和接收装置在非共轴的条件下对电能传输效率的影响,提出一种改进的3个线圈磁共振无线电能传输模型.该模型成功地突破了传统共轴磁共振无线电能传输系统在空间位置上的限制,实验数据表明改进后的传输装置不仅提高了空间自由度,而且在轴线夹角-90°~90°范围内其最低效率较传统模式提高了43%以上,最高传输效率提高了5%.     

三线圈无线电能传输系统传输特性的研究

针对三线圈无线电能传输系统中继线圈的位置对系统的输出功率和传输效率等传输特性的影响问题展开研究,设计一种采用DC-DC转换电路的传输策略,使得整个系统能在中继线圈的摆放位置不发生改变的情况下,通过调整负载的等效阻抗,将传输效率维持在一个较高的水平.实验结果表明,该传输策略不仅适用于中继线圈固定、负载阻值改变的情况,在负载保持不变而中继线圈位置产生变化时依旧能保持较高的传输效率.     

大功率磁耦合谐振式无线电能传输系统实验研究

阐述了磁耦合谐振式无线电能传输系统的系统结构、工作原理及其线圈选型。磁耦合谐振式系统具有传输距离比感应耦合式长、传输效率也相对较高等特点,可以实现对电动汽车的大功率、长距离、高效率无线充电,故在电动汽车领域具有良好的应用前景和研究价值。充分发挥电动汽车分布广泛、清洁环保等优点;并通过实验详细测试了所搭建磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性,从而验证了磁耦合谐振式无线电能传输系统的正确性和有效性。     

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.      

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统中的频率跟踪技术

为解决磁耦合谐振式无线电能传输系统由于失谐导致的输出功率大幅下降的问题,通过对串并式系统等效电路的分析,总结了系统失谐的原因,提出了一种以电压换向点时发送端的电流采样平均值作为调节依据的频率跟踪策略,使系统在发射端形成控制闭环对谐振频率进行跟踪,实现电流电压接近同相位,从而提高系统的功率因数,增大传输功率。接着,把该策略用于实际搭建的串并式无线电能传输系统,实验结果表明,输出功率对于频率变化十分敏感,频率跟踪策略使得输出功率上升了近一倍,这也与仿真结果契合,说明该频率跟踪策略对于无线电能传输系统有实际应用价值。     

混凝土介质中无线电能传输系统的效率分析及优化

运用无线电能传输技术将室外能量收集系统的能量无线传输到室内能量消耗系统可以减少对建筑物结构的破坏,能够实现绿色建筑与光伏发电技术的有机融合。但是,作为电介质的混凝土材料会对发射线圈与接收线圈间的互感产生影响,使得输入阻抗发生改变并最终导致系统传输效率的下降。以电路理论为基础,分析了混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的影响,并且提出了基于阻抗匹配网络实现系统最优传输效率的优化策略。仿真结果表明,随着轴向距离的增加,混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的抑制作用逐渐减小,同时由于阻抗匹配网络的加入,系统的传输性能得到明显的改善。最后通过实验验证理论的正确性,实现了针对混凝土介质中无线电能传输系统效率的优化,减少了理论研究与工程应用之间的差距。     

无线电能传输系统的补偿分析

无线电能传输系统是一种借助空间无形软介质实现能量传输的装置.从无线电能传输系统的结构入手,分析了无线电能传输的工作原理及其模型,建立了高频下四种无线电能传输系统的补偿拓扑结构,推导出谐振频率下补偿电容的表达式;对无补偿的系统性能和四种补偿后的系统性能从反映阻抗方面进行分析比较,发现补偿后系统的反映电阻得到增加,系统的功率传输能力得到提升;然后针对串串型和串并型的拓扑结构,给出了效率与补偿电容的仿真图,并通过电路仿真软件LTspice对负载端的电流和电压进行了仿真,最后通过借助实验平台验证了前述分析的正确性.     

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。     

电磁耦合谐振式无线电能传输实验研究

搭建了一种电磁耦合共振原理的无线电能传输装置,介绍了电磁耦合共振式无线电能传输原理,测量了线圈不同耦合距离下的输出电流和输出功率,获得了其关系曲线,并进行了分析.实验结果表明,在0~8 cm范围内,该装置能够有效进行能量传输,可靠性好、电路简单、成本低.     

两负载式谐振耦合无线电能传输系统

在无线电能传输系统应用中,接收装置之间互相靠近时交叉耦合的存在,使发射端的能量不能有效的传送给多个接收端.针对无线电能传输系统中多负载装置这一研究热点,建立了含有两个接收端的谐振耦合式无线电能传输系统模型.首先从等效电路的角度进行展开,提出在交叉耦合的情况下运用最大平均功率传输定理,使系统满足阻抗匹配;然后从耦合系数的角度研究接收端的负载功率,对不同负载功率的公式进行了推导和数值计算,并通过实验仿真验证了理论分析的正确性.结果表明,系统在最大平均功率传输定理实现阻抗匹配的基础上,通过调节发送端和接收端的耦合系数,不需要改变接收装置的位置,就能够减少发送端的反射系数,从而使负载端有效的接收发送端发送的能量.     

无线电能传输效率优化

基于无线电能传输系统模型,通过系统一次侧和二次侧的电压回路方程及引入的系统一次侧和二次侧频率漂移因子,给出了电源输入侧的系统阻抗表达式及系统总电能传输效率表达式。针对系统频率漂移影响电能传输效率的问题,设计了一种系统电能传输效率的优化方案。在系统负载范围内,计算出了系统的最优谐振频率及不同负载水平下的最佳电能传输效率。系统频率漂移时,通过调节相关参数使系统工作在最优电能传输效率状态。系统仿真结果表明,系统频率漂移时,根据本文提出的方法能够有效提升电能传输效率。     

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。     

植入式传感器系统中无线电能发射线圈的研究

为提高磁共振式无线电能传输系统的工作效率, 提出研究磁通量接收线圈强度的方法。以发射线圈为研究对象, 通过一种形函数对圆形、 矩形线圈进行仿真计算和深入研究。在实际效果区别较大的线圈形状中, 找出最优的线圈设计方法, 使其可在植入式传感器领域更好地应用。研究结果表明, 选取矩形发射线圈可同时在4个内角为4个接收装置供能, 从而大大提高传输效率。     

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.     

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。     

电场耦合式水下无线电能传输系统的耦合机构

基于电场耦合原理对水下无线电能传输系统进行建模分析,并简述其基本工作原理。对水下无线电能传输系统的关键部分耦合机构进行重点研究,包括水下耦合机构等效电容值的计算、电场分布情况、传输距离对其影响及功率损耗分析,并与空气中耦合机构进行对比。得出结论如下:(a)水下耦合机构的等效电容值比在空气环境中大,并且不受传输距离的影响;(b)增大工作频率和接收端负载,可以减小耦合机构的损耗。设计水下电场耦合无线电能传输实验系统,验证了上述结论。     

基于E类放大器的无线电能传输系统的参数设计与仿真

研究了基于E类放大器的无线电能传输系统。着重分析了E类放大器的工作原理、系统的各功能组成部分;并基于RAAB条件给出了电路关键参数的设计方法,实现了E类放大器开关管的ZVS和ZDS。最后,通过Saber仿真软件建立了系统的耦合传输电路模型,并对系统参数进行了电路仿真。仿真结果表明,理论设计参数很好地符合了仿真结果。