并联LCL补偿在移动式无线电能传输中的应用

传统静止式电动汽车无线电能传输技术存在充电区域受限、充电时间过长等缺点。为解决这一问题,提出一种多线圈并联式电动汽车无线技术,能够实现电动汽车在行驶的同时进行充电,提高了电动汽车的续航能力。系统采用多个初级线圈并联的拓扑,在无需充电时,可关闭对应初级线圈的供能,减小不必要的功率损耗。此外,运用LCL谐振补偿,实现初级线圈电流恒定特性。通过分析互感与位移变换规律,设计了移动式无线充电耦合结构,能够实现车辆在多个线圈间行驶时,保持传输功率的稳定。仿真与实验结果表明所提出的多线圈并联式电动汽车无线技术,能实现功率的稳定传输,提高传输效率。     

电动汽车多车位WPT下沉式磁屏蔽系统研究

在电动汽车无线电能传输系统中,实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。针对这一问题,本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构,该结构在减小目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先,提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计算方法,通过此方法对系统目标面漏磁进行分析,为后续的磁泄漏优化提供了理论依据;其次,介绍了一种漏磁优化的方法,运用该方法得到满足要求的各线圈参数,为实现高效的无线电能传输提供了关键支持;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系统,通过仿真和实验,让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示,当系统输出功率恒定在4 kW时,所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了25%,且传输效率高达95%。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

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。     

分拣机器人无线传能系统耦合机构的仿真

物流行业飞速发展,大量的物流分拣机器人投入使用,其充电方式以接触式充电为主,存在一定的安全隐患,因此,文中提出对其采用磁耦合谐振式无线电能传输技术进行无线充电,通过有限元软件COMSOL对无线传能系统线圈进行仿真,对所提出的三种线圈仿真模型进行了磁场仿真以及数值计算,仿真并分析了三种模型的磁场强度分布和距离变化对传输特性的影响。仿真结果表明,矩形轨道式无线传能系统传输效率与负载功率相对稳定,更适合对分拣机器人进行无线充电。     

含金属异物的无线充电系统场域等效建模分析

无线充电系统中,电能传输遵循发射线圈和接收线圈之间的磁耦合关系。当发射线圈和接收线圈之间存在金属异物时,异物的涡流或聚磁效应将会影响无线充电系统的传输性能与运行稳定性,严重时还会危害充电安全。为了厘清不同材质金属异物对无线充电系统性能的影响机理,有效分析异物的影响规律,迫切需要一种精确的金属异物建模方法,提高金属异物的检测精度。为此,文中计及金属的材质、位置、等效面积等关键因素,提出一种金属异物场域等效建模方法,通过构造金属异物影响下的无线充电系统耦合方程,对比得到异物引入前后发射线圈电流和接收线圈电流间的相位差表达式。在此基础上,进一步提出了铁磁性金属与非铁磁性金属的等效线圈模型及其参数配置方法,可精确得到金属异物介入条件下的电流相位差值。最终通过仿真与实验验证了建模方法的准确性与有效性,为无线充电系统中引入金属异物的特性分析与在线检测提供了一种新思路。     

可实现效率提升的一种水下无线充电系统研究*

为了提高水下航行器的充电便捷性,水下无线充电系统得到发展,但同时水下无线充电技术仍然存在充电传输效率较低、传输功率较低的问题。而充电传输效率和功率与补偿网络的选取和耦合器的形状、参数等相关,因此实现对补偿网络和耦合器的优化对于无线充电系统传输效率和功率的提升有重要意义。首先,对磁感应耦合式无线充电电路中补偿网络选用原边串联-副边并联补偿方式,对传输功率、效率进行理论推导和分析。其次,对耦合器的尺寸结构进行仿真建模,得到参数符合的耦合器。在此基础上,建立水下无线充电仿真系统进行仿真,得到仿真参数。最后,进行器件选取和驱动电路、原副边电路PCB板的设计制作,进而搭建了一台无线充电系统样机平台进行实验,并得到实验结论。     

基于双边LCC拓扑结构的无线充电系统集成线圈设计研究

双边LCC拓扑结构为电动汽车无线充电提供了一种高效的补偿方法,然而两个补偿线圈占据了很大的体积。为了解决电动汽车无线充电系统体积增大问题以及提高系统传输效率,文中提出了一种新型集成线圈的方法,将双极性补偿线圈集成到单极性主线圈中,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,通过优化补偿线圈的长宽比来消除系统中的多余耦合系数,从而提高系统的传输效率。通过实验结果表明,采用该集成线圈方法的无线充电系统受两侧线圈的水平或垂直方向偏移的影响较小,此时系统传输效率较高。     

电动汽车无线充电用方形线圈仿真优化研究

电动汽车由于其节能、环保和低碳等优点受到越来越多的关注。为提高电动汽车无线充电系统传输效率,优化线圈设计,分析了电流源供能的2线圈串串拓扑结构的等效电路模型,并从线圈互感、线圈等效串联电阻以及负载的角度对平面螺旋方形线圈提出了提高充电效率的4个方面,即:最优的线圈匝数、最优的线圈边长、更短的传输距离以及最佳负载,并利用COMSOL软件进行了仿真验证。仿真优化结果表明:线圈边长d与传输距离D存在近似优化关系:d=2D;电动汽车无线充电系统存在一组最优参数:传输距离D=45 cm、线圈边长d=90 cm、线圈匝数N=30和负载RL=80Ω时,系统传输效率达到88.36%,从而实现了电动汽车高效率无线充电。     

基于超材料的高效率多源无线充电系统的研究

对于多发射源无线充电系统来说,发射线圈与接收线圈间的错位会导致互感急剧下降,使得传输效率降低.为提升多源无线充电系统的效率,首先,分析多发射线圈间相对位置与传输功率的关系,找出取得最大功率输出的条件;然后,设计出一种新型宽边耦合正方形螺旋结构的电磁超材料,增强收/发线圈间消逝波强度,在不改变传输系统本身的情况下有效提升传输效率;最后,搭建双源磁谐振式无线电能传输系统实物平台进行验证.实验结果表明:相比于单源系统,双源系统传输效率提高约15％;当收/发端线圈夹角为40°时,双源系统传输效率达到最高,为41.4％;添加超材料可使系统传输效率有效提高约20％,添加三块超材料可提高约36％.     

全方向无线电能传输电磁耦合系统仿真分析

近年来,全方向无线电能传输技术由于具有位置鲁棒性好、安全可靠性高和环境亲和力强等独特优势,受到国内外研究机构和科研院所的广泛关注。高性能的电磁耦合系统作为全方向无线电能传输系统的关键环节,对实现高效的系统能量传输有着至关重要的作用。首先,运用电路理论建立了全方向线圈结构的等效电路模型,得到系统输出电压和输出功率的表达式,并给出了系统激励源的控制方案;其次,对全方向无线电能传输的充电场景进行分析,分析了三维正交圆环形线圈结构方案的弊端,提出了正方体线圈结构方案;最后,建立两种磁耦合线圈结构方案的数学模型,得出互感与接收线圈的位置、充电场景和旋转角度的关系。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为全方向无线电能传输电磁耦合系统的设计提供了参考和借鉴。     

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。     

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

全方位无线电能传输系统设计

针对泛在监测背景下低成本、复杂度低的全方位无线电能传输系统需求,从线圈设计角度提出了一种使用单电源的全方位无线电能传输系统。该系统发射线圈设计为一条导线制成的六面连通立方体,接收线圈为单个矩形线圈。通过磁场分布和互感特性的仿真分析,选择了最优的全方位线圈结构。实验表明在发射线圈任意角度传输功率和效率均能满足无线电能传输系统要求。最终从传输距离和传输角度两个方面,总结了全方位系统的电能传输规律,为接收线圈的最佳安装范围提供依据。     

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%。     

自激推挽式无线电能传输系统研究

基于对推挽式自激振荡电路原理的详细分析,通过研究发射线圈电压电流的特性,建立了系统的电路等效模型,并采用理论计算和仿真分析验证了系统的性能。同时将自激推挽式无线电能传输系统应用于传感器节点的锂电池变距离无线充电中。最后搭建两线圈系统验证了自激推挽式无线电能传输系统具有频率自适应的能力;在一定范围内变耦合系数时能够输出稳定的功率并保持稳定的效率。当线圈间轴向距离在1-4cm变化时,自激推挽式无线充电系统可为锂电池提供500mA的稳定充电电流。     

带E类功放的磁耦合谐振无线输电系统源线圈优化

首先为磁耦合谐振式无线输电系统设计了一款E类功放作为系统输入端电源。鉴于E类功放性能易受负载参数影响,通过优化无线输电系统源线圈结构来降低因E类功放特性造成的系统性能下降。提出了三类源线圈结构,在多负载情况下分别测试负载两端电压变化情况,对比研究各结构下负载间耦合情况对负载电压的影响和各结构下系统的传输效率。研究发现多源线圈单谐振结构能通过利用负载间的耦合来降低由磁场分布引起的负载电压变化。而在E类功放下,串联型分立的多源线圈多谐振结构易造成系统性能下降,负载间耦合对负载影响也十分明显。     

互操作电动汽车无线充电系统设计方法

电动汽车无线充电的互操作性是指同一发射端可以匹配不同离地间隙、不同充电功率等级的电动汽车接收端进行安全高效的无线充电。国家标准对电动汽车无线充电的互操作性给出了解释和示范,但如何在不同间隙级别、不同功率等级和不同偏移位置下均实现最优的功率传输效率,是互操作设计的一个难题。针对双边LCC电动汽车无线充电系统,以电动汽车无线充电系统标准GB/T38755.1为参考,提出一个满足工程应用需求的互操作无线充电系统优化设计方法。在满足电感量要求下,优化发射线圈表面磁场辐射的均匀度,以效率为目标优化不同间隙与不同功率等级的接收线圈及其补偿参数。制作了一个满足互操作性的11 kW发射线圈与9个不同充电气隙和功率等级的接收线圈,对设计方法进行了实验验证。     

便携式设备无线充电技术发展及关键技术

随着无线电能传输技术的不断发展,其在便携式设备中展现出良好的应用前景。相比传统的有线充电,便携式设备无线充电的方式具有灵活、便捷、高通用性等优点,但在实际应用中又存在其特殊性。为此,该文对便携式设备无线充电技术的发展现状进行了梳理,首先介绍了现有的便携式设备无线充电产品的主流标准;然后给出了系统的基本结构,并归纳了其特点;接着根据上述特点从平面线圈设计、空间无线电能传输、异物检测、多负载、电磁问题等方面论述了便携式设备无线充电关键技术的研究现状;最后展望了便携式设备无线充电技术今后进一步的发展方向。