三线圈ICPT系统中继线圈的位置优化

三线圈感应耦合电能传输(ICPT)系统在给定工作频率下,中继线圈与原级线圈、负载线圈间的互感及负载大小是影响系统电能传输效率的主要因素。针对线圈间互感与线圈位置的相互约束关系,提出一种在任意给定原级线圈和负载线圈条件下的中继线圈位置优化模型。该模型以电能传输效率为优化目标,综合考虑三个线圈相互间的互感和负载等参数,通过计算机辅助设计,解决了寻找中继线圈最优位置的问题,理论和实验结果具有较好的一致性,且展示出中继线圈的最优位置与负载大小密切相关。     

带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率特性分析

探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetic coupling resonant-wireless power transfer）系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|S_ij|²推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

中等工作频率下MRPT传输效率研究

针对磁共振式无线电能传输因工作频率过高难以付诸于实际应用的问题,从降低工作频率出发,研究了该电能传输在中等频率下电能传输效率。根据电路理论推导了电能传输特性,并根据中等频率条件下的线圈参数取值,研究了耦合系数、品质因数及负载对传输效率的影响及优化条件。研究表明:在传输距离相对固定的条件下,应设法提高线圈品质因数以获得较高传输效率,而在传输间距变化幅度较大时,应选择合适的线圈品质因数,以避免传输效率波动导致的电能传输不稳定;对于已有的电能传输系统,应根据耦合系数选择合适的阻抗,以获得传输效率的最优化。搭建了基于印制电路板的四线圈结构电能传输装置,在462 k Hz工作频率下进行了实验研究,得到了一致的结论。所做研究对磁共振式无线电能传输的实际应用具有一定的参考价值。     

适应需求侧管理的高效中距离磁共振式电动汽车无线充电线圈优化设计

提出一种适应需求侧管理的高效中距离磁共振式电动汽车无线充电线圈优化设计方法。在分析磁共振式无线充电系统工作原理的基础上,首先对充电耦合线圈结构进行优化设计,选取多股漆包线并联而成的导线绕制方形耦合线圈,并通过增加线圈层数提升系统传输效率;其次通过实验对比验证,优化选取系统工作频率,最优工作频率为55kHz时,系统传输效率可达85%以上;最后分析线圈相对位置与传输效率之间的关系曲线,优化设计后的系统线圈相对位置为18cm时,最高传输效率为85%。实验结果表明经过优化设计耦合线圈系统传输效率明显得到提升。     

基于线圈偏移的无线电能传输系统参数优化方法

磁耦合谐振无线电能传输系统在实际设计过程中,系统线圈的相对位置是系统传输性能主要影响因素之一,针对传统电能传输系统中线圈发生偏移时造成的效率亏损问题进行研究,提出一种基于萤火虫算法的参数设计方法,实现线圈在非同轴放置时的效率优化;首先对不同位置下的线圈互感系数进行分析,然后引入双边LCC拓扑结构对其传输性能进行分析,根据分析结果采用萤火虫算法进行参数优化,最后通过有限元仿真及实验平台验证方法的有效性,结果显示在偏移距离小于线圈半径时系统的传输效率可保持85%以上,与传统的SS拓扑结构下WPT系统进行比较,优化后的系统传输效率平均提升20%,负载的接收功率保持在20 W左右。     

多耦合线圈自动切换技术的无线电能传输系统

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)系统功率传输效率随传输距离变化而迅速下降。为此,根据四线圈MCR-WPT系统电感耦合模型,推导出传输效率的数学计算式,以此提出利用不同半径的谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离,并利用微控制器自动切换对应的谐振器耦合线圈。为验证设计方法的有效性进行仿真和实验分析,结果表明,这种方法可以使系统能量传输效率在较宽的距离区间内维持高效的水平。     

自动导引车无线充电系统中发射线圈优化设计

为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题,提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路,推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系;其次对平面环形线圈进行等效建模,得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式;然后在特定接收线圈下,利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系,并在自动导引车的充电距离下,优化设计了发射线圈的内外半径;最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明,优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率,从而验证了所提设计方法的正确性。     

多耦合线圈的磁耦合谐振无线电能传输系统

基于耦合电感理论建立了4线圈磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WRT)系统的电路模型,根据该模型推导出耦合系数、能量传输距离和能量传输效率之间的数学关系。针对4线圈MCR-WRT系统能量传输效率随传输距离变化而变化的现象,提出利用开关切换不同半径谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离的方法。为验证该方法的有效性,进行了电磁仿真、电路仿真和实验分析。结果表明,采用这种方法有效地提高了系统在不同传输距离下的能量传输效率。     

双中继无线电能传输系统建模及传输效率分析

针对双中继无线电能传输系统,采用互感耦合理论对其进行建模分析,通过理论与仿真相结合的方法,进一步分析系统传输效率与耦合系数及接收线圈匝数之间的关系,对于具体的无线电能传输系统,探讨了不同传输距离下的最优化线圈匝数设计理念,为双中继无线电能传输系统的设计及效率优化方法提供了理论依据。为了验证理论的正确性,本文设计了与仿真系统参数相同的实验系统,更好地验证了理论分析的正确性,即针对确定的无线电能传输系统,存在唯一线圈匝数,使得传输效率最大化。     

一种中距离无线能量传输系统的频率特性

磁谐振耦合式无线能量传输系统的工作频率直接影响到系统的效率和最大传输功率。对一种工作在数百千赫兹频率段的磁谐振耦合式无线能量传输系统进行频率特性研究,基于该无线能量传输系统在不同传输距离条件下线圈自感和互感参数建立无线能量传输系统的Simulink模型。研究无线能量传输系统工作频率变化时系统的频率-效率和频率-输出功率特性。根据系统的频率特性提出了一种通过调节系统频率控制输出功率的方法,并通过仿真和实际电动汽车动力电池组恒流充电验证了该方法的有效性。     

谐振式无线电能传输线圈结构优化与实验研究

针对当前基于单层谐振器的无线电能传输(WPT)系统传输距离、效率受线圈半径、匝数等参数限制的问题,设计了一种交叉双层平面结构的新型谐振器。根据无线能量传输原理,建立了以单层谐振器为系统的电路模型,并对其传输特性进行建模与仿真分析,研究了线圈匝数和半径对系统传输特性的影响;选取一定半径和匝数的单层平面线圈为系统谐振器,仿真分析了输出功率、效率等传输特性随距离的变化关系,通过实验验证了理论与仿真的一致性;在保持线圈匝数和半径不变的条件下,系统的谐振器依次采用双层平面结构、交叉双层平面结构,通过实验对比,验证了交叉双层平面结构的可行性。最后,通过缩小半径的交叉双层平面线圈结构与单层平面线圈结构的实验对比,新型谐振器的优势得到了进一步的验证。     

磁谐振式无线电能传输系统谐振器参数对传输性能的影响性分析

针对磁谐振式无线电能传输系统进行设计,需要在不同场合下挖掘其最优化传输性能。通过对磁谐振式无线电能传输系统特别是目前常用的含中继谐振器的四线圈无线电能传输系统进行相应的理论建模分析,采用参数归一化解析理论,探讨最优化传输效率及最大化输出功率的影响因素以及在设计过程中两种实现目标的内在关系。通过理论仿真及实验验证的方式得出在系统工作频率确定的前提下,磁谐振式无线电能传输系统最优化传输效率以及最大化输出功率一定不拟合。将理论结果应用到无线电能传输系统的设计中,发现在系统设计条件不变的前提下,存在确定匝数及半径的能量接收线圈可使得系统传输效率或输出功率达到最优化。     

MCR-WPT系统负载特性分析及线圈参数设计

在磁耦合谐振式无线能量传输技术中,系统电气参数的变化会对传输性能产生重要的影响,因此,研究二者之间的关系对提高系统的传输性能具有重要意义。线圈作为该技术的核心部件,其参数的设计受到诸多因素的限制,如何兼顾系统的功率和效率对线圈参数进行合理的设计一直是该技术的难题。为此,文中基于等效电路理论建模,着重研究了系统的负载特性,结果表明:在磁耦合谐振式无线能量传输系统中,不存在最佳负载使系统的输出功率和传输效率同时达到最大。利用MATLAB验证了理论分析的正确性。其次,通过MATLAB仿真分析了线圈的匝数、平均半径对系统传输性能的影响规律。研究表明:在普通负载状态下,系统的输出功率随着线圈匝数和平均半径的增加均表现出先增加后减小的趋势。在此基础上,以60 W负载灯泡为例对线圈参数进行设计,在传输距离为0.5 m时,传输效率可达到94%。理论计算结果证明了参数设计的可行性和实用性。     

多目标无线电能传输系统线圈综合设计

目前,线圈设计大都是针对无线电能传输(WPT)系统中单个目标的优化设计,对于系统多目标优化的线圈设计则少有研究。针对这个问题,提出了一种给定传输距离和接收线圈外径条件下,满足输入电压要求,且兼顾系统传输效率、功率和成本的线圈综合优化方案。首先建立了WPT系统的电路模型,推导了系统传输效率和功率的表达式;在此基础上,通过COMSOL仿真,分析了传输效率与圆形线圈外径、匝数、层数和匝间距之间的关系。最后搭建了一套实验样机,在电能传输距离20 cm、输出功率400～1 000 W时,系统的传输效率高于90%,验证了线圈优化设计方案的可行性。     

U型磁芯结构ICPT系统功率传输容量研究

感应耦合电能传输(ICPT)技术是近年来发展起来的一种新型电能传输模式。为了实现磁路耦合机构的最大能量传输,本文从磁路角度对常用的U型磁芯磁路机构的功率传输能力进行了分析,得出了系统传输功率能力与磁芯机构形状和大小、原边导轨位置、工作频率以及副边拾取线圈匝数等因素之间的关系,并给出了U型磁芯结构下的磁路耦合机构的优化设计。根据理论分析结果对ICPT系统磁路耦合机构进行实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于电容阵列的磁共振式无线电能传输系统的优化调谐

在实际运行时,由于高频电路杂散电感、电容与环境变化等因素的影响,磁共振式无线电能传输系统的传输线圈参数常会发生漂移,从而影响系统的传输效率和传输功率。首先根据系统模型的仿真分析得到发射端电流峰值与系统对称度的关系,以此设计一种优化匹配的方法和电路,使得发射端电流峰值自适应跟踪调节,使系统性能达到优化匹配。实验验证了该方法的有效性,相比于失谐状态,所提方法可以大幅度提高传输效率,同时降低了系统对杂散电感、电容、环境变化等因素的敏感性。     

基于垂直中继的U型线圈切换系统设计与优化

与三线圈中继无线电能传输结构相比,两线圈结构具有更高的效率但传输距离较近,而三线圈结构多应用于中远距离无线电能传输,在近距离系统中效率偏低。对于电动汽车底盘距离不一导致充电效率低下的问题,本文给出一种基于垂直中继的U型线圈切换系统,该系统在适合的距离点切换,即在不同传输距离到达最优效率,可以解决间距变化导致效率低下的问题。本文对三线圈电路模型进行分析,对其线圈特性、负载特性和无线电能传输的距离特性进行分析及优化,推导出其效率影响因素,在此基础上进行系统仿真分析。仿真结果表明,与单一两线圈或三线圈结构模型相比,所设计的切换系统在较近和较远距离下无线电能传输效率都提升了58%;与普通三线圈结构相比,该系统无线电能传输效率最高提升了71%。