磁耦合谐振式无线能量传输系统负载特性研究

介绍了磁耦合谐振式无线能量传输系统工作原理,通过分析原理及实验条件约束选择初级串联拓扑结构,并对次级串联和并联拓扑结构进行了理论分析,探究负载阻抗对接收功率和传输距离的影响。设计并实现了一种磁耦合谐振式无线能量传输系统,通过实验验证了理论分析的有效性,并对实验结果进行了综合分析。     

基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究

磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术,与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高、条件要求低等明显优势,目前国内对此技术的研究大都处于探索阶段。为了准确把握技术核心以及关键点,本文首先建立了无线电能传输模型,并在此基础上利用互感原理和耦合理论对传输效率进行了推导,得出了谐振频率、线圈互感、线圈品质因数等影响传输效率的关键因素。随后,通过大量实验验证了上述理论分析结论,并且对理论推导结论中未体现的因素进行了实验探索,所得结果对原有理论进行了有益补充,在实验室条件下实现了传输效率为60%、接收功率为2W的电能传输。另外,在对发射谐振频率和接收谐振频率与系统谐振频率的关系分析中,利用互感理论解释了接收端谐振频率与系统谐振频率相同的必要性。最后,总结了在磁耦合谐振式无线能量传输技术应用过程中提高传输效率和有效传输距离的若干方法。     

磁耦合谐振无线传输系统传输特性的研究及优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率为目标,对系统多参数匹配问题进行优化,使得无线电能传输系统整体工作在最佳状态。利用Matlab仿真软件对影响磁耦合谐振式无线电能传输系统效率的频率、传输距离、负载阻值3个关键参数进行研究。然后以提高系统传输效率为目标,利用自适应粒子群优化算法,寻找这3个关键参数的最优匹配值。最后对自适应粒子群优化算法进行仿真,得到了最优解对应的参数值。仿真结果证明该方法的有效性,研究对磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化有指导意义,具有一定的实用价值。     

谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

基于磁耦合谐振无线能量传输系统传输效率的研究

磁耦合谐振无线能量传输技术是一种近几年才被提出的前沿技术,它适合于中等距离上电能的无线传递。本文基于空间两空心线圈的互感耦合模型,从电路角度推导了PSSS系统传输效率的表达式,通过MathCAD计算软件分析了系统传输效率关于电源频率、副边负载、空间线圈距离的关系。再通过设计一组空心密绕型线圈,用SP1651功率信号发生器做电源,对传输效率的理论分析进行验证,实验结果验证了理论分析的正确性。最后在以上分析的基础上,设计制作了基于L6599半桥逆变的PSSS无线能量传输装置;该装置谐振频率93.79khz,传输功率15W,传输效率达到87.1%。     

磁谐振无线电能传输系统的阻抗匹配特性分析

针对磁谐振无线电能传输系统的四线圈结构,将其分解为三部分,不仅可简化系统传输效率和输出功率的分析,而且更能体现电源线圈和负载线圈的阻抗匹配作用.通过分析发现,电源线圈可以调节系统输入阻抗,负载线圈可以调节接收线圈等效负载电阻.因此相比于两线圈结构,四线圈结构对于不同的高频激励源和负载具有更好的适应性,容易使系统工作在较高效率的状态,并且可较灵活地调节系统输出功率.设计制作了一台试验样机,验证了前述分析的正确性.     

基于磁耦合共振的能量无线传输性能分析

针对磁耦合共振式无线能量传输技术的特点,从理论和仿真实验两个方面对这一前沿技术进行了系统的研究,通过理论推导分析了影响效率的因素。并通过三维电磁仿真软件(HFSS)设计了具体的发射和接收实验系统,探究了发射频率、线圈间距、谐振状态等因素对传输功率、传输距离和传输效率的影响。对能量无线传输系统的设计分析有着重要意义。     

一种小尺寸磁谐振耦合无线能量传输系统的实验研究

随着科技的进步,越来越多的小型家用电器、体内植入器件等电子设备得到广泛应用.但能量供应问题制约了设备的发展,尤其是体内植入器件,电池的续航问题未得到有效的解决.磁耦合谐振无线能量传输技术作为一种新的无线能量传输方式,能够实现中距离传输电能,可解决上述问题.本文应用Ansoft软件对磁耦合谐振系统工作时的电场分布进行仿真分析,同时将系统放置于空气、模拟人体组织液、新鲜猪肉中进行实验,对系统传输效率进行实验研究.实验表明系统可以在上述环境中满足体内植入器件等用电设备的供电需求,能有效解决植入器件的能量续航问题,具有广阔的应用前景.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效同步研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中传输效率最大值与功率最大值难以同步的问题,利用等效电路理论对无线电能传输系统进行建模分析,给出系统传输效率最佳频率和传输功率最佳频率的计算方法,提出最佳谐振频率和功效同步因数的概念,得出系统传输效率与功率最大值同步出现的条件。借助仿真软件分析系统传输效率和功率与负载的变化规律,搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,证明了理论分析的正确性,也为进一步优化系统功效同步性能,同时提高传输效率和功率提供了有益的参考。     

基于谐振耦合式无线能量驱动电机系统设计

谐振耦合式无线能量传输是一种新的非接触式能量传输技术,能实现无线能量驱动电机.该文从电路耦合模型出发,分析系统传输功率与系统参数之间关系,从而对线圈进行了优化设计,使其达到最佳传输效果.最后设计了一台实验样机,该样机利用两个相同频率的谐振铜线圈产生强耦合,使电能以无线传输的形式实现了在一定距离范围内驱动直流小电机.实验结果验证了该设计方法有效性.     

磁耦合谐振式无线电能发射系统的设计与实现

磁耦合谐振式无线电能传输技术是现代电工技术领域研究与开发的热点，是目前最有可能为便携式电器及植入式医疗器械、智能可穿戴技术，实时无线供电的一种最佳的电能柔性接入与传输手段。为了摆脱传统电源线的束缚，解决供电方式在空间与距离上的限制。以强耦合理论为基础制作了一套高度为20 cm、直径为60 cm、匝数为5.25的空心铜线发射及接收线圈，据此理论谐振频率为7.65 MHz，与实际测量值8 MHz偏差4.5%。通过8 MHz方波信号控制E类功率放大器栅极，在功放的漏极考虑了非线性电容和线性并联电容的非理想因素影响，并对外接电容值进行了优化以获得E类功放的最大效率。对功放的输出端进行阻抗匹配，达到最大功率发射。最后实现了发射线圈几何尺寸直径为60 cm的最大传输距离为6 m。由实验分析可知，本系统在传输距离上有很大的提高。     

Equivalent circuit characterization of resonant magnetic coupling for wireless transmission of electrical energy

This paper provides the accurate characterization of a wireless power transfer system consisting of two resonant air‐core coils mutually coupled in free space. The lumped‐circuit parameters of the equivalent circuit are determined with analytical formulas taken from the literature and validated by comparison with numerical simulations with a finite‐element computer code and with experiments. The parameters are determined taking as input only the geometry of the system (coil size and mutual distance, conductor radius, and turn distance) and the frequency. Once the lumped‐circuit parameters are known with good accuracy, the assessment of the power transfer system can be carried out by evaluating the current and voltage gains and efficiency for different system geometries, operating frequencies and load conditions. The Scilab programming environment was used to perform all the calculations. The characterization presented in this paper can then be considered as an effective tool in designing an efficient wireless power system. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

磁耦合谐振式无线电能传输技术研究综述

近年来,无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）受到越来越广泛的关注,本文对无线电能传输技术的几种主要传输形式进行了介绍,重点分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术（MCR-WPT）。针对MCR-WPT技术,首先介绍了系统的基本结构,并对其建模方式和机理进行分析,然后重点阐述了磁耦合谐振无线电能传输的关键与热门技术的发展现状,最后对该技术目前存在的问题和发展趋势进行了展望。     

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。     

磁耦合谐振无线电能传输系统的输出鲁棒控制

磁耦合谐振无线电能传输系统的负载和谐振参数会因为受到外界环境的影响而发生变化,系统工作频率发生随机漂移,导致模型参数存在不确定性。针对参数不确定下的输出鲁棒控制问题,基于H∞控制理论,应用matlab鲁棒控制工具箱设计H∞控制器,并利用结构奇异值法分析了闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。结果表明,在H∞控制器的作用下,实现了闭环摄动系统的输出鲁棒控制。并为这种高阶非线性不确定闭环摄动系统提供一种通用的控制器设计方法。     

电容耦合式无线电能传输系统阻抗变换网络的设计

本文基于阻抗变换原理,提出了电容耦合式无线电能传输系统中阻抗变换网络的逐级设计方法。按照这种方法,首先根据发射电源参数、负载电阻与功率、耦合电容的容许电压等条件,计算出各级阻抗变换网络应该存在的等效电阻;然后根据这些等效电阻用解析方法设计出阻抗变换网络的电抗元件参数。通过对负载的阻抗变换,得到较大的等效电阻,实现了以小电流大电压的方式向该阻抗变换网络传输功率。该方法不仅降低了耦合电容电压,而且减小了电感及电容串联电阻的功率损耗。以小功率应用为例,设计了相应的阻抗变换网络,通过仿真和实验,验证了设计原理的正确性。     

谐振式无线供电系统最大有效传输距离研究

谐振式无线供电系统中加入增强线圈能有效地弥补系统耦合系数小的不足,从而增大无线供电系统的传输距离.文章以双增强线圈电磁谐振式无线供电系统为研究对象,首次推导出了系统在临界耦合状态下的最大有效传输距离的理论计算公式.通过实验证明了最大有效传输距离的存在和其理论计算公式的正确性.     

基于SS型磁耦合谐振无线电能传输频带序列划分

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)具有传递功率较大、距离适中、传递效率高等优点。针对MCR-WPT中频率资源划分尚未统一的问题,基于两线圈串联-串联(SS)模型的WPT系统,用电路模型分析WPT系统的运行特性,提出了WPT谐振频率范围划分的距离原则。使不同传递距离范围对应不同谐振频率序列,并结合改进几何均值原则对划分结果进行修正,得到修正后的谐振频率序列推荐值。同时,为增强WPT对负载变化的适应性,将谐振频率点拓展为工作频段,提出基于负载特性的工作频段确定方法。再将谐振频率序列和工作频段结合,实现了基于SS型MCR-WPT系统的频带序列划分。最后搭建实验平台验证频带序列划分结果的合理性。     

线圈匝数对磁耦合谐振式WPT输出功率的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输的4线圈模型中线圈匝数对系统传输功率的影响,本文通过建立系统模型,利用电路理论计算得出系统的输出功率公式,并使用MATLAB软件仿真分析了系统的输出功率曲线.分析结果表明在4线圈的结构和材质相同的情况下,接收线圈的匝数增加比发射线圈匝数的增加使系统的输出功率要提高很多.同时,接收线圈匝数的增加使系统功率达到最大值的频率有明显的下降,而发射线圈增加相同匝数时,频率变化不明显.该结果还表明,接收线圈匝数增加时系统输出功率达到最大值对应的负载电阻在变大.因此,在4个线圈结构相同时,增加接受线圈匝数可以提高输出功率.