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。     

一种复杂环境下的磁耦合无线传输系统设计

针对无线数据传输系统中信号在复杂环境下(主要是非磁导性障碍物)传输距离短、传输效率低等问题,提出了一种线圈互感磁耦合共振模型,在此模型的基础上设计了一种基于磁耦合的无线传输系统。通过分析传输距离和传输效率与线圈参数之间的关系,并经过实验仿真和实验电路验证,该种方法可以保证信号具有较好的传输效率,确保了信号在传输中的正确性及有效性,是今后磁耦合无线传输设计中一种值得深入研究的方法。     

磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证

针对三线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统中线圈距离对系统性能的影响问题,分别从理论上推导出负载功率和传输效率关于线圈间距的函数表达式、计算相邻线圈最佳间距的函数关系式,提出利用求解非线性规划问题的方法求解中继线圈最佳位置。基于以上推导设计了系统软件,该软件能够根据给定的系统参数直接输出传输功率、系统效率等值并进行优化。最后通过实验验证了理论和设计的可行性,对于不同的系统可以通过理论和软件来确定各个线圈的最佳位置。     

电动汽车无线充电系统耦合线圈的优化设计

为了提高电动汽车无线充电系统磁耦合机构的耦合系数，在分析耦合线圈参数对串联补偿网络影响的基础上，采用电磁仿真分析法，对单圆形磁耦合线圈传输距离、内外经尺寸、绕线方式对自感系数、耦合系数的影响进行了研究。结果表明：磁耦合线圈自感系数的稳定性受其外径和传输距离之比影响，磁耦合线圈外径与传输距离之比越小，磁耦合线圈自感系数越稳定；当传输距离和磁耦合线圈外径确定时，磁耦合线圈内外径之比越小，耦合线圈的耦合系数越高；当两个磁耦合线圈传输距离、外径尺寸、互感系数相同时，不同绕线方式的线圈，其耦合系数也不相同，其中匝间距等增绕线方式的线圈可以获得较高的耦合系数。     

微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计

微机器人胶囊能量无线传输系统的传输性能受到谐振频率、耦合系数、线圈匝数、线圈半径、补偿电容、线圈互感等诸多因素影响.为实现系统性能的全局最优,必须在满足微机器人胶囊最低能耗要求的前提下提高系统传输效率,同时兼顾系统稳定性、温升安全性、可靠性、体积参数等因素.文中基于微机器人胶囊能量无线传输系统初级线圈串联补偿-次级线圈串联谐振补偿模型,建立了系统的能效模型,以初、次级线圈匝数与线圈半径、谐振频率等参数作为优化变量,构建了优化问题的目标函数,对微机器人胶囊能量无线传输系统进行综合优化设计.针对该多变量非线性约束优化问题,采用了改进的遗传算法进行优化计算.实验结果表明,所提出的优化设计方法正确有效,所设计的的微机器人胶囊能量无线传输系统样机的能效达86.6 mW,传输效率达8.01%.     

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。     

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.     

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.     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

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。     

限定尺寸的无线电能传输线圈优化设计

为优化设计尺寸约束的无线电能传输系统线圈,提高系统传输效率,通过ANSYS软件对传输线圈进行建模仿真和实验验证的方法研究了双线圈串串拓扑结构的等效电路模型和线圈模型参数,得到了在尺寸约束条件下优化平面螺旋线圈的主要影响因素,然后以品质因数为衡量标准,利用ANSYS软件对传输线圈部分进行研究和设计,找到尺寸约束下线圈的最佳缠绕方式,最后根据理论和仿真的优化结果绕制线圈,并通过实验验证了理论研究和设计的可行性.结果表明:优化线圈组经过实验相比于两个对照线圈组传输效率由0.85和0.87提高到了0.97,分别提升了14.1％和11.4％.可见在尺寸约束的条件下根据理论和仿真的优化结果绕制的线圈能有效提升系统的传输性能.     

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.      

基于改进遗传算法和有限元分析的罗氏线圈结构优化设计

针对矿热炉电极电流过大、难以实时精确测量等问题,结合改进遗传算法和有限元分析,设计了一种优化的罗氏线圈结构,并进一步建立了罗氏线圈优化系统。首先根据罗氏线圈的测量原理,结合COMSOL软件,建立罗氏线圈仿真模型,并在不同结构参数情况下,对罗氏线圈的测量结果进行分析和比较。通过COMSOL和MATLAB混合编程,以罗氏线圈测量准确率为优化目标函数,结合精英保存策略和惩罚函数改进的遗传算法,实现了罗氏线圈结构的优化设计。优化设计的罗氏线圈在组合使用后能够较精确地测量矿热炉电极电流,满足了矿热炉电极电流测量的要求,具有较好的实用价值。     

基于DOE及RSM的单线圈磁流变阻尼器优化设计及动力性能分析

设计了一种单线圈磁流变阻尼器,并推导其阻尼力数学模型.为使磁流变阻尼器在固定尺寸内得到最优性能,采用实验设计（design of experiments,DOE）和响应曲面法（response surface methods,RSM）相结合的方法得到磁感应强度与设计变量的近似响应函数,建立目标函数并求解得到最优几何参数.对单线圈磁流变阻尼器进行电磁场仿真和动力性能仿真;搭建动力性能测试试验台,分别测试优化前后阻尼器在不同电流、频率、振幅及速度下的动力性能.实验测试结果表明,优化前阻尼器最大输出阻尼力仅有253 N,优化后阻尼器的最大输出阻尼力可达560 N;优化前阻尼器最大可调范围为3.7,优化后阻尼器的最大可调范围为4.8,输出阻尼力随电流变化连续可调,具有良好的动力性能.      

非对称勾形磁场的三维优化设计与实现

根据坩埚内熔体对流的类型和分布区域,分析控制对流对勾形(cusp)磁场磁感应强度和磁场位形分布的要求,提出了磁场优化设计目标。采用有限元三维(3D)建模法对cusp磁场进行了建模,利用所建立的模型对比了对称结构和非对称结构对磁场位形分布的影响,分析了在非对称cusp磁场线圈横向层数一定的情况下磁场纵向层数、屏蔽体厚度、上下线圈间距对磁感应强度、磁场位形、磁场功率的影响,优化了磁场结构;根据优化的结构参数制造了磁场并进行了实验测试,结果表明非对称cusp磁场的位形分布与设计结果一致,从而验证了3D优化建模方法的有效性。