无线充电系统电能传输距离的研究

针对双线圈无线充电系统电能传输距离较短的问题,采用增加中继线圈的方法来提高传输距离,首先利用电路互感理论对系统进行建模分析,分别推导出系统传输效率关于线圈间距的函数表达式,然后通过编程仿真分析其变化关系,最后进一步利用Matlab搭建系统模型验证其可行性,仿真结果表明:在系统传输效率较高且稳定的情况下,相比双线圈系统,带中继线圈的系统可以使传输距离提高0.2 m.     

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.     

磁耦合谐振式超导无线输电频率特性

传统无线输电系统在低频条件下的传输效率较低, 限制了其在电动汽车、水下潜艇等低频大功率无线输电场景的应用. 针对此问题, 提出使用高温超导线圈替代铜线圈的解决方案. 通过理论分析和实验验证, 研究了不同工作频率下超导与铜无线输电系统的传输特性. 结果表明, 超导线圈相比于铜线圈具有更低的电阻和更高的品质因数, 在低频条件下超导线圈具有独特优势, 同时证明了在低频工作的无线输电系统中, 使用超导线圈可大幅提升系统的输出功率和传输效率.     

磁谐振无线输电系统E类逆变电路分析

E类逆变电路作为磁谐振无线输电系统的高频功率电源,其效率是评价系统性能的重要指标.以基于E类逆变的磁谐振无线输电系统为研究对象,在分析E类逆变电路理想工作条件的基础上,采用SIMetrix/SIMPLIS仿真可知当系统接收线圈回路处于谐振状态且负载电阻接近于最优值时,系统整体效率高达95％;而当系统接收线圈回路失谐时对于最优负载电阻,仍能容许回路阻抗角在-30°～40°内变化取得90％以上的效率.基于以上结果,提出一种DC/DC变换器作为接收整流侧后端阻抗变换网络的改进方案,调整反射电阻跟随最优负载电阻,实现E类逆变电路零电压开通使得磁谐振无线输电系统保持90％以上的整体效率,并在E类逆变电路中增加空载断电环节改进系统空载损耗较大的不足.     

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。     

磁耦合谐振式无线电能传输距离特性

通过设计磁耦合谐振式无线电能传输试验装置,研究了谐振线圈参数的改变对传输距离的影响。研究结果表明:当谐振线圈的线径以及材质固定时,线圈半径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及材质固定时,线圈线径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及线径固定时,线圈的电导率越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的所有参数固定时,系统谐振频率越大,电能传输距离越远。     

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.     

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.     

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.     

Optimal Design for Wireless Power Transfer System with Relay Resonators

The optimization method by adjusting load and distances between two adjacent coils( or resonators) is presented on basis of wireless power transfer( WPT) system with relay resonators. 2-port network and impedance matching theory are applied to analyzing power flow of incidence and reflection in WPT system,then setting up power flow model. The maximum power transmission efficiency can be obtained when the load and distance between secondary resonator and output coil meets impedance matching at 2-port network's output port. The simulation and experimental results shown the impedance matching method can effectively improve and maintain transmission efficiency by adjusting load and distances between coils or relay resonators.     

PWM功率放大器在磁浮主轴中的应用

主要分析了ＰＷＭ功率放大器在主动型磁浮轴承（ＡｃｔｉｖｅＭａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓ）中的应用。为了提高磁浮轴承刚度及主轴转速，要求其电流功率放大器效率高，能提供大电流，而且通频带宽。磁浮系统的负载为电感线圈，普通的线性功率放大器效率低不能满足上述要求，为此作者设计了带电流负反馈的ＰＷＭ型功率放大器。实验表明，这种功率放大器，效率高、通频带宽、线性范围大、信号失真小，从而提高了控制系统的稳定性。     

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。     

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。     

LCC-S型无线电能传输系统的磁耦合机构参数多目标优化技术

为了解决MC-WPT系统中磁耦合机构参数设计缺乏系统性的优化方法问题,以2个平面螺旋线圈构成的电磁耦合机构作为研究及优化对象,针对LCC-S型WPT系统,提出一种磁耦合机构参数多目标优化方法。以线圈半径、传输距离和线圈匝数3个耦合机构几何参数作为决策变量,以系统传输效率、传输功率与总谐波畸变率为目标函数,利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对MC-WPT系统进行优化,得到了3个目标函数的Pareto解集。最后,将优化后的参数带入MATLAB/Simulink仿真模型中对系统进行仿真,并搭建了一套实验装置进行实验验证,仿真和实验结果证明了提出的多目标优化方法的可行性和有效性。研究提出的MC-WPT系统磁耦合机构参数多目标优化方法能够为MC-WPT系统耦合机构参数的设计提供理论性指导。     

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。     

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。     

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。