平板磁芯磁耦合谐振式无线电能传输技术

为了增加磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射／接收线圈的自感量以及二者间的耦合系数,提高系统的传输功率和效率,提出利用高磁导率平板磁芯绕制发射／接收线圈的方案.对传输系统进行耦合电路建模,通过电路微分方程给出传输系统相关参数的数学表达式,设计并优化了系统实验平台,研究了加入平板磁芯后系统耦合系数的变化,工作频率对传输的影响,发射与接收的移位传输以及系统的功率传输特性.实现了距离10 cm以上,功率1.85 kW的无线电能传输,系统整体传输效率达到80％以上.平板磁芯耦合机构体积小,在较大水平移位（25％）情况下实现了稳定高效传输.     

磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术是集合了电磁场、高频电力电子技术、电磁感应、电磁材料等多学科的应用技术,能安全、高效、灵活地实现电能的中距离传输。根据无线电能传输的类型及发展应用前景,指出磁耦合谐振式无线电能传输是最适合当前学科综合技术发展的一种具有广阔应用前景的新技术;归纳了当前磁耦合谐振式无线电能传输的发展水平和当前研究的热点问题;从提高传输效率、减小发射和接收线圈尺寸的角度出发,提出了电力电子技术面临的挑战和为适应高频化变频技术需要开展研究的问题。     

磁耦合谐振式无线电能传输效率影响因素分析

对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型进行分析,采用电路理论得出系统传输效率的表达式。通过MATLAB仿真得出系统传输效率随系统频率、负载、传输距离和谐振线圈参数变化的规律,得出磁耦合谐振式无线电能传输系统对系统频率、负载、传输距离、线圈半径、线圈匝数有最优值的结论,为提高无线电能传输效率提供了参考和借鉴。     

改进发射端的磁耦合谐振式无线电能传输系统

为提高磁耦合谐振式无线充电系统的传输效率,提出了改进发射端的无线电能传输模型并建立了无线电能传输系统电路模型,讨论了输出功率与传输效率与线圈耦合系数和负载电阻的关系。在线圈谐振状态下,为得到最佳传输效率,研究了耦合系数与负载电阻的取值要求。最后,通过搭建实验平台,验证了系统在谐振状态下,激励线圈与发射线圈的耦合系数为0.8,发射线圈与负载线圈的耦合系数为0.157,负载电阻为150Ω时,传输效率能达到97.3%。     

双发射结构磁谐振式无线电能传输系统传输特性研究

基于电路理论,建立了双发射结构磁谐振式无线电能传输（WPT）系统的等效互感模型。与单发射结构相比,双发射结构可以提高负载接收功率和传输效率,而且随着发射线圈与接收线圈之间耦合系数的降低,双发射结构的优势更加明显。结合数值仿真试验,对比得出当两种结构的接收线圈发生横向偏移与角度偏转时,负载功率和传输效率的比值分别可达2.8和1.39以上,验证了理论分析的正确性。最后,进一步分析了两种结构在欠耦合、临界耦合、过耦合3种区域的传输效率,发现双发射结构可以增加系统的纵向传输距离,且在临界耦合区域内可以有效扩大系统的横向传输范围。     

植入式集成磁耦合谐振无线电能传输分析

将植入式应用时无线电能传输的接收线圈与整流电路及其他功能电路集成在单芯片上,不仅可以满足植入式应用更小空间的要求,而且可以进一步提高可靠性和安全性。该文基于此应用,对磁耦合谐振无线电能传输系统建立了完整和简化的电路理论模型,分析结果显示,磁耦合谐振方式比传统的电感耦合方式具有更高的传输效率。     

磁谐振式无线电能传输频率特性数值研究

针对磁耦合共振式非接触电力传输的共振特性,采用电磁仿真软件,在10-25 MHz 频段计算垂直螺旋线圈的散射参数,得到无线电力传输系统模型和单个线圈的谐振频率,发现谐振频率出现明显的偏移。根据无线电力传输的近场区特性,垂直的螺旋线圈可看作偶极子天线。运用偶极子对相互作用理论,定性分析了耦合线圈之间的相互作用对谐振频率的影响,对磁耦合共振技术的谐振频率分析具有一定的理论指导意义。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT）系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。     

频率匹配对谐振无线电能传输效率的影响

基于共振耦合式无线电能传输机理和数学模型,对无线电能传输发送端与接收端谐振频率的测量与调整进行了研究,结合Matlab仿真和实际实验操作,研究了在固定距离下两线圈组成的系统电能传输效率与工作频率的关系,研究并比较在不同耦合系数k值条件下两端谐振点频率未匹配和匹配情况下电能传输效率.研究表明不同k值情况下电能传输效率与工作频率的关系曲线存在差异,在相同的k值条件下两端谐振点频率匹配时比两端谐振点频率不匹配时表现出更高的电能传输效率.对于远距离电能传输,即在k值较小的情况下,调节两端谐振点至频率匹配时将有效提高传输效率.     

基于双激励双拾取的无线电能传输系统

传统的无线电能传输系统（WPT）多由单个激励线圈与单个拾取线圈组成,由于系统的耦合机构多为松散的耦合形式,且受到功率器件容量的限制,因此难以获得较大的传输功率。为了提高WPT系统的传输功率,该文构建了双激励双拾取线圈的无线电能传输系统,在原WPT系统的基础上,增加了一组激励线圈和一组拾取线圈,利用耦合理论和电路原理的相关知识对该系统进行分析。通过Matlab仿真及实验验证了该方案的可靠性和有效性,并在负载为5 Ω时,双激励双拾取线圈的WPT系统相比较于WPT系统,其功率提升了3.1倍,效率提高了9%。     

一种宽负载高效率磁耦合谐振式无线输电逆变器设计

针对磁耦合谐振式无线输电(MCR-WPT)在功率传输过程中因负载变化导致效率下降的问题,设计一种高效逆变器,改进后的结构能够显著拓宽MCR-WPT系统在高效率电能传输下的负载适应范围.分析MCR-WTP系统负载与输入阻抗之间的关系,并在E类逆变器电源的基础上,通过改变逆变器结构,实现MCR-WPT系统全负载内逆变器的软...     

一种用于制作高Q值共振磁耦合无线传能线圈的导线结构

在共振磁耦合无线能量传输(MCR-WPT)系统中,传输损耗主要有欧姆损耗和辐射损耗.该系统主要利用近场进行能量传输,辐射损耗相比于欧姆损耗可以忽略不计.欧姆损耗包含了由于集肤效应和邻近效应引起的高频交流损耗.为了提高传输效率,可以对导线结构重新设计,设计的目标主要包含2个方面:一是能够在一定程度上减小欧姆损耗,另一方面需要提高品质因数.提出的一种用于制作高Q值无线传能线圈的新导线结构,在铜芯与外包绝缘层之间增加铁和镍这2种介质,形成加强型的"镀磁导线".相对于传统的导线而言,Q值提升.同时内铜芯采用绞线方式,能够减小由于临近效应引起的损耗.这种结构的导线在成无线传能线圈时,能够获得更强的磁场能量,从而能够传输更大的功率.     

磁谐振耦合无线能量传输的研究综述

近年来,无线能量传输在工业、植入式医疗、个人移动电子设备上得到了广泛的应用,成为当前电子领域的一个研究热点.首先介绍了无线能量传输的研究背景和基本概念,然后引出该领域当前研究最热的磁谐振耦合无线能量传输技术.从磁谐振耦合无线能量传输系统的强耦合区、适耦合区和弱耦合区的角度,对国内外的研究现状进行了总结和分析.最后,给出了磁谐振耦合无线能量传输中有待解决的一些问题.     

静态磁场谐振磁传感器设计

为了解决磁致伸缩/压电复合磁传感器测量静态磁场时需要交变激励磁场以及磁电电压输出低等问题,提出了一种改进结构的磁致伸缩/压电/音叉复合谐振磁传感器,采用COMSOL有限元仿真软件对传感器的应力与应变分布以及音叉的振动模态进行仿真.结果表明,传感器的谐振频率随着磁场强度的增加近似线性递增;在0～1 000 Oe磁场范围内,灵敏度达1. 750 5 Hz/Oe,是改进前的7倍,验证了传感器改进结构的有效性.     

载流圆环空间磁场分布的研究

通过毕奥—萨伐尔定律，推导出了载流圆环周围空间的磁场分布完整的解析表达式．并以该解析表达式为基础对载流圆环实例进行了数值计算，分析了不同截断下磁感应强度的数值结果，模拟了该载流圆环的空间磁场分布．最后对一些特殊场点作了进一步的讨论。     

一种无线充电识别电路的设计

基于原副线圈耦合程度对原边LC串联谐振电路电压产生影响,设计了一种低频的身份识别电路.在身份识别阶段,按照一定的频率有节奏地改变副边电路补偿电容的大小,促使副边电路谐振频率发生改变,同时改变了原副线圈的耦合系数,进而改变原边LC电路的Q值和电感峰值电压.单片机通过检测原边LC电路是否产生相应频率的高低电压来达到身份识别的目的.若副边电路通过身份识别,则原边电路正常工作;否则原边电路进入低功耗的待机状态.     

Middle range wireless power transfer systems with multiple resonators

The equivalent two-port network model of a middle range wireless power transfer(WPT) system was presented based on strongly coupled multiple resonators. The key parameters of the WPT system include self-inductance, resistance, parasitic capacitance, mutual inductance and S-parameters of coils resonators were analyzed. The impedance matching method was used to optimize load power and transmission efficiency of the multi-resonator WPT system, and the impedance matching method was realized through adjusting the distances between the coils and resonators. Experiments show that the impedance matching method can effectively improve load power and transmission efficiency for middle range wireless power transfer systems with multiple resonators, at distances up to 3 times the coil radius with efficiency more than 70% and load power also close to 3.5 W.     

水下无线电能传输研究进展

首先对水下无线电能传输技术进行了分类,然后给出了磁感应式水下无线电能传输的基本结构和工作原理,讨论了该技术的最优工作频率、传输距离、线圈结构选择、涡流损耗与频率分裂现象.随后简要给出了磁谐振式水下无线电能传输技术和电场耦合式水下无线电能传输的研究现状.最后对水下无线电能传输技术有待研究的问题进行了展望.