无线电能传输系统的线圈参数及耦合系数研究

磁耦合谐振无线电能传输影响系统耦合系数的主要因素是线圈参数。对于空间两线圈的互感模型,由诺依曼理论推导出发射、接收线圈间的互感系数表达式;通过建立有限元仿真模型对收发线圈进行电磁场仿真计算,针对线圈结构进行优化设计,进一步分析载流线圈的绕制结构、尺寸参数、空间位置等因素对互感耦合系数的影响。采用层绕式螺旋管结构线圈能提高传输系统耦合效率,增大发射线圈尺寸使其大于接收线圈尺寸有利于提高耦合性能。     

计及互感参数的串联-并联型无线电能系统传输特性

无线电能传输系统中能量收发线圈的位置变化直接影响系统的传输特性。本文建立串联-并联(SP)型电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,从电磁场角度出发,分析线圈空间位置与传输系统电感参数的关系,并推导计及线圈空间位置的电感参数计算方法以研究系统的传输特性。通过仿真模拟线圈位移、偏转等条件下系统的运行情况,归纳互感参数与系统传输功率/效率的变化规律和内在联系。搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,验证了所提方法的正确性,为无线输电的优化设计提供参考。     

不同拾取端的动态无线电能传输系统研究

为研究不同拾取端对动态无线电能传输系统的影响,首先使用诺以曼公式对互感进行数值分析,以探究耦合机构互感的变化对系统的传输效率和拾取端电压影响;再通过等效电路模型与基尔霍夫方程式,建立动态无线电能传输系统的数学模型,提取出系统传输效率与品质因数、耦合系数、负载和邻近线圈电阻值的关系式;最后通过制作不同拾取端的耦合机构,包...     

无线电能传输系统带磁屏蔽任意位置矩形线圈的互感计算

互感是无线电能传输系统的一个关键参数,在电动汽车线圈耦合机构中添加磁屏蔽材料,可以有效减少磁泄漏,增强线圈之间的互感。目前还没有方法计算带磁屏蔽任意位置矩形线圈之间的互感。为此该文基于双傅里叶变换和麦克斯韦方程组推导了带磁屏蔽条件下的磁通密度。并在此基础上,利用空间直角坐标变换法,得到了任意相对位置两个矩形线圈的互感计算式。与传统的近似计算方法不同,所提出的方法是计算互感的解析方法,可以对线圈间互感进行精确的数值求解。最后,以两个具有多种位置变化情况的矩形螺旋线圈为例进行了模型验证,互感的理论计算值和有限元仿真结果及实验结果吻合良好,验证了所提方法的有效性。     

MCR-WPT系统接收线圈偏移角度的测量方法研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统接收线圈相对于发射线圈偏移角度的不确定性，导致系统传输效率波动较大的问题，提出了一种基于反射阻抗的MCR-WPT系统接收线圈偏移角度计算方法。根据基尔霍夫电压定律建立发射线圈反射阻抗与线圈互感之间的关联，再根据空间两线圈的互感公式推导互感与线圈偏移角度之间的关系式，从而建立反射阻抗与偏移角度的表达式。利用Maxwell和Simplorer仿真软件搭建线圈模型和外围电路进行联合仿真，同时搭建了完整的MCR-WPT系统实验装置，在两线圈距离不同的情况下做了多组实验。仿真结果显示两线圈设定角度与计算角度平均绝对误差为2.57°,实验结果显示设定角度与计算角度平均绝对误差为2.94°。通过上述方法可以较为精确地计算出短距离无线电能传输系统接收线圈的偏移角度。     

动态无线电能传输系统多接收线圈正反串联结构的互感计算与优化

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作.为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率.首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,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,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性.结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81％.     

空间尺度磁共振无线电能传输的互感特性分析

针对研究磁共振无线电能传输在空间位置上对互感特性影响未知的问题,提出了一种基于空间尺度的互感特性分析方法.该方法以圆形截面的螺旋线圈为分析对象,依据聂以曼电磁公式,采用泰勒公式展开的优化方法,推导出了空间位置上耦合线圈的互感计算公式.以推导的互感计算公式为基础,通过重构坐标系的方式减少模型空间参数,进而对次级线圈在空间范围内进行定向的俯仰分析.理论分析结果表明,当初级线圈固定于原点、次级线圈在任意空间位置上时,总能在重构坐标后找到唯一俯仰偏转角度,使得耦合线圈间互感处于最大状态.采用三维有限元分析(FEA)方法及搭建实际建模对互感计算公式及特性进行实验验证,实验结果验证了所提互感特性分析的正确性.     

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。     

传输距离对谐振式无线电能传输系统的影响

发射线圈和接收线圈之间的距离是设计无线电能传输系统的一个关键影响因素。距离的变化对于系统的输出功率和效率都会产生影响。先利用两线圈的互感耦合模型,从电路的角度计算出系统输出功率和效率与耦合系数的关系式再通过ansoft软件仿真得到距离和耦合系数的关系,从而得到最大功率点的位置及效率随距离变化的改变情况。最后,设计了相关的实验电路,实验结果与仿真、理论分析具有较好的一致性。这为设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时选择合适的耦合系数提供了参考依据。     

基于虚拟仪器的空间磁场分布检测装置设计

磁共振耦合无线电能传输技术利用高频磁共振耦合实现电能高效长距离传输,收发线圈间的互感耦合系数直接影响着系统的传输距离和效率。空间磁场强度同步检测是准确分析互感耦合系数的最直接的方法。基于虚拟仪器技术设计了一款分布式空间磁场检测系统,详细介绍了基于法拉第电磁感应的数字化磁传感器节点设计、传感器面阵的设计、上下位机通信协议设计及上位机软件开发。实验结果显示：该检测系统具有10 MHz以上的频带,其磁场传感器的灵敏度为530 V/T左右,且具有多点同步采集功能,可以满足磁共振耦合无线电能传输系统中磁场检测的要求。     

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。     

无线电能传输抗偏移线圈的设计方法

无线电能传输技术具有灵活性高、安全、美观等优点,因而受到广泛关注和研究。传统线圈由于磁场分布不均匀,导致接收端在发生偏移时,互感系数发生变化,进而影响系统稳定性。针对上述问题,提出一种利用穷举推导抗偏移线圈参数的方法。该方法首先根据所需发射和接收线圈尺寸、线圈气隙,穷举出不同匝数和匝距的发射线圈。然后利用互感公式计算线圈发生偏移过程中的互感数值,并判断线圈发生偏移时互感是否稳定,最后通过筛选可以得到所需线圈的绕制参数。利用所提方法推导抗偏移线圈,计算时间较短,设计精度较高。通过实验验证,证明了所提方法的有效性。     

ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时,其等效负载由线圈参数和系统负载决定,由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此,研究了两螺线管线圈间的互感算法,分析了互感随线圈间距变化的特性,并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系,给出E类逆变器实现零电压开关ZVS(zero voltage switch)的参数设计方法,仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明,当线圈间距为26 cm时可实现ZVS,且系统效率达到86.3%,验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。     

一次侧线圈阵列的无线电能传输系统设计

无线电能传输系统采用松耦合变压器进行能量传递,但由于发送端与接收端相对位置较远,耦合系数较低,故带来磁路环节传输效率低的问题。根据松耦合变压器的互感模型,分析了几种因素对传输效率的影响,并选择一次侧和二次侧电路均串联电容的补偿方式,设计了带有两个一次侧线圈的无线电能传输系统,包括一次侧线圈切换电路、电流检测电路以及控制程序。该设计提升了整个系统的功率因数,有效地改善了磁路环节的传输效率。     

磁共振模式无线电能传输系统建模与分析

针对磁共振模式无线电能传输系统功率和效率计算问题,利用互感耦合模型,对磁共振模式电能传输系统的4种拓扑进行分析,得出了系统的传输功率及其计算模型,并进一步分析了系统传输效率与线圈谐振频率、互感系数、线圈内阻等参数之间的关系,为磁共振模式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。为验证理论分析的正确性,制作了一个磁共振模式无线电能传输装置,该装置实现了80 cm内60 W的无线能量传输,且传输效率达到了52%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输损耗的研究

相比于传统的有线充电,无线充电是一种更加方便和可靠的充电方式,在电动汽车、生物医学等领域具有较为广泛的应用前景。然而传输效率的低下却限制了无线电能传输技术的进一步推广。磁耦合谐振式做为一种最主要的无线电能传输技术,其主要由高频电源,补偿结构,磁耦合结构以及整流滤波四部分构成。目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率分析时大多仅考虑磁耦合结构的损耗,对系统中高频电源以及整流滤波的损耗考虑欠少。文章在预定效率以及恒功率条件下计算磁耦合谐振式无线电能传输系统中各部分损耗与互感之间的关系,寻求满足系统要求的互感值。最后设计了一套传输功率为1000W,传输效率为85%的磁耦合谐振式无线电能传输系统,实验结果表明文中的损耗计算方法具有较高的准确性。本文研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。     

(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。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。