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具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统设计

电力电子技术 2022年第3期56卷 60-63页

作者：白戈亮田宏伟王宝平国电电力大同湖东发电有限公司山西大同037043

针对无线充电系统中传输线圈容易发生偏移的特性,并为了满足蓄电池先恒流后恒压的充电要求,优化设计了一套具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统方案。首先,基于串串(SS)补偿网络,提出了在发射侧自动识别传输线圈之间的互感值和实时电... 详细信息

针对无线充电系统中传输线圈容易发生偏移的特性,并为了满足蓄电池先恒流后恒压的充电要求,优化设计了一套具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统方案。首先,基于串串(SS)补偿网络,提出了在发射侧自动识别传输线圈之间的互感值和实时电池状态的方法。在此基础上,采用移相控制策略实现在不同充电位置下仍保持输出额定电流/电压,采用变频控制策略来实现充电模式的切换。最后,搭建了恒流输出10 A,恒压输出300 V的实验样机,实验结果表明在0~200 mm的水平偏移距离内,可以保持额定值进行先恒流后恒压输出。该系统根据两侧电气量之间的耦合关系辨识参数,无需无线通信装置,仅需在发射侧进行控制,主电路拓扑结构简单,运行稳定性高。

关键词：无线充电系统电动汽车抗偏移性

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基于失谐的无线电能传输系统抗偏移性研究

电测与仪表 2022年第3期59卷 32-37页

作者：秦伟张文杰吝伶艳宋建成田慕琴乔玮太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室太原030024

针对无线电能传输系统磁耦合机构两侧偏移引起输出功率大幅度波动的问题,文中提出了一种基于失谐的补偿网络参数和结构的优化方法,以提高输出功率的抗偏移性。文章根据极值点的导数为零且函数取最大值的数学思想,使两侧线圈正对的额定... 详细信息

针对无线电能传输系统磁耦合机构两侧偏移引起输出功率大幅度波动的问题,文中提出了一种基于失谐的补偿网络参数和结构的优化方法,以提高输出功率的抗偏移性。文章根据极值点的导数为零且函数取最大值的数学思想,使两侧线圈正对的额定工作点对应输出功率的极值点。在此基础上,分析发现了SS补偿拓扑的补偿参数与输出功率抗偏移性之间的规律;针对欠补偿的串联补偿方式,设计了PS/S的补偿结构,减少了无功功率的输入,可实现输入阻抗零相角或软开关;采用圆形线圈结构,搭建了传输距离为100 mm,额定输出功率为1000 W的实验样机,验证了所提出优化方法的有效性和补偿参数与抗偏移性之间规律的正确性。磁耦合机构发生横向偏移100 mm,对应互感从80.2μH减小为62.7μH。实验结果表明,使用所提优化方法,在一定的偏移范围内,有效地提高了输出功率的抗偏移性和整体运行性能。

关键词：无线电能传输系统磁耦合机构补偿网络失谐抗偏移性

磁耦合谐振式电动汽车无线充电技术耦合线圈抗偏性设计

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测试技术学报 2024年第1期38卷 85-92页

作者：王鑫赵炜华卫军朝西安航空学院车辆工程学院陕西西安710077

通过研究无线充电磁耦合谐振线圈传输性能影响因素,建立电动汽车无线充电磁耦合线圈联合仿真模型。对比圆形和方形不同构型耦合线圈在偏移情况下耦合系数和传输效率的仿真结果,表明圆形线圈在侧向偏移10 cm的情况下,仍能保证70%左右的... 详细信息

通过研究无线充电磁耦合谐振线圈传输性能影响因素,建立电动汽车无线充电磁耦合线圈联合仿真模型。对比圆形和方形不同构型耦合线圈在偏移情况下耦合系数和传输效率的仿真结果,表明圆形线圈在侧向偏移10 cm的情况下,仍能保证70%左右的传输效率,其输出功率远高于方形线圈。此外,通过优化圆形线圈结构参数,并增加E型铁氧体磁芯,仿真证明其优化电磁耦合线圈即使在侧向偏移达到20 cm时,输出功率也达到了2996.4 kW,保证85%的传输效率,达到国家电动汽车无线充电磁耦合线圈的抗偏移性能传输要求。

关键词：磁耦合谐振线圈联合仿真抗偏移性

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磁耦合无线电能传输系统横向抗偏移性研究

电气开关 2023年第6期61卷 7-12页

作者：易新红郑宗华福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108

抗偏移性是无线电能传输(WPT)系统需要攻克的重要内容之一,关系着WPT技术的用户体验。针对如何提高系统的抗偏移性,本文首先设计一种新型线圈结构,并对该新型线圈结构进行建模与电路理论分析。其次,通过Maxwell对双发射线圈WPT系统的收... 详细信息

抗偏移性是无线电能传输(WPT)系统需要攻克的重要内容之一,关系着WPT技术的用户体验。针对如何提高系统的抗偏移性,本文首先设计一种新型线圈结构,并对该新型线圈结构进行建模与电路理论分析。其次,通过Maxwell对双发射线圈WPT系统的收、发线圈偏移变化情况进行仿真,得出由于收发线圈间的互感在整个偏移过程中基本保持恒定,使得该系统的输出功率、效率保持稳定。此外,从Maxwell中导出WPT文件,搭建Simplorer和Maxwell的联合仿真电路,得到了横向偏移过程中的电流、电压等参数,绘制功率和效率曲线并进行分析;最后搭建了实验装置,使用网络分析仪对双发射线圈系统进行S参数测量,验证了仿真的准确性和线圈结构的有效性。

关键词：无线电能传输抗偏移性互感 S参数

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无线充电系统耦合结构及其抗偏移性的研究

无线充电系统耦合结构及其抗偏移性的研究

作者：张怡良昆明理工大学

学位级别：硕士

无线充电技术是一种通过非接触式线圈组之间的电磁耦合方式来实现能量从原级向次级传输的技术。这种技术有效地解决了不宜连接导线场景的供电问题,同时也提高了供电过程中的便利性和安全性。当前制约无线充电技术更广泛传播的因素有线... 详细信息

无线充电技术是一种通过非接触式线圈组之间的电磁耦合方式来实现能量从原级向次级传输的技术。这种技术有效地解决了不宜连接导线场景的供电问题,同时也提高了供电过程中的便利性和安全性。当前制约无线充电技术更广泛传播的因素有线圈的传输效率和线圈的抗偏移性等。传输效率的提高可以通过改进线圈结构、加屏蔽装置、优化电路拓扑等,提高耦合线圈的抗偏移性也可以通过优化设计线圈结构。同时通过准确测量线圈的偏移量信息也可以减少因偏移量测量不准确而引起的误差,从而减少线圈耦合过程中的能量损耗,获得更高传输效率。因此通过设计一种新型耦合线圈结构并且准确获取次级线圈的偏移量来提高传输效率和抗偏移性十分必要。本文首先介绍了无线充电技术在国内外的发展状况和应用。同时从目标检测角度出发,介绍了传统的目标检测方法和基于神经网络的方法,通过对比选择出了适合准确测量无线充电线圈次级线圈偏移量的方法。其次,本文设计了一种以圆形线圈为发射端-多方形线圈群为接收端的无线充电耦合线圈结构。通过有限元仿真对该模型与传统的圆形和方形线圈结构进行了对比分析,结果表明在5k Hz频率且线圈间隙为10cm时,设计的充电线圈模型的传输效率能达到90%以上,远高于传统的圆形和方形结构;在0到38.5%的次级线圈组长度占比范围内进行偏移时,设计线圈的抗偏移性也优于传统单一圆形和方形线圈结构。最后,本文还从精准获得线圈偏移量的角度出发,设计了精准获得线圈偏移量的方法,来减少测量误差大引起的效率低问题。该方法选择了不同类型的无线充电线圈图片作为训练集,并且通过圆-方混合标记方法进行标记,Darknet-53网络进行训练。训练数据集包括具有不同障碍,完整性,清晰度和高度的图像。在预测过程中,测量摄像头与线圈之间的垂直高度,以获得实际的偏移距离。然后,导出了相机偏移的校正因子以消除角度偏移的影响结果表明,与YOLOv3中的传统的识别方法相比,本文设计的标记方法训练出的权重文件和后处理过程在预测过程可以获得更好的线圈偏移量测量精度和更低的平均损耗。

关键词：无线充电耦合结构传输效率抗偏移性 YOLOv3 线圈定位

水下具有旋转耦合机构的电场耦合无线电能传输系统及参数优化方法

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电工技术学报 2022年第10期37卷 2399-2410页

作者：苏玉刚钱林俊刘哲邓仁为孙跃重庆大学自动化学院重庆400044 国家无线电能传输技术国际联合研究中心重庆400044

现有水下环境的电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影... 详细信息

现有水下环境的电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影响规律和绝缘层材料及厚度的选取方法,并建立耦合机构模型;以双侧LC补偿的EC-WPT系统为例,建立该系统的等效电路模型,以系统输出功率和传输效率为优化目标,将抗偏移性作为约束条件之一,给出基于第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)的多约束多目标优化方法;通过LT-Spice仿真验证了参数优化方法的可行性和有效性;实验中搭建具有水下旋转耦合机构的EC-WPT系统样机,实现311W的功率传输,效率为87.4%,系统具有良好的抗偏移性。实验比较了水下和空气中的能量传输性能,在耦合机构及参数优化方法相同的情况下,系统在水下的输出功率比空气中高约2倍,并且在水下的抗偏移性优于空气环境。

关键词：无线电能传输电场耦合水下旋转耦合机构参数优化抗偏移性

具有抗偏移及漏电场屏蔽特性的UUV电场耦合无线电能传输系统

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电源学报 2023年

作者：钱林俊于博泉刘亚兵王元奎胡利民中国船舶集团公司第705研究所昆明分部

针对现有水下无人航行器（UUV）电场耦合式无线电能传输系统抗偏移性能差及漏电场辐射较大的问题，提出一种具有抗偏移及漏电场屏蔽特性的UUV电场耦合无线电能传输系统。首先给出适用于UUV的五级板式新型耦合机构，将耦合机构产生的10... 详细信息

针对现有水下无人航行器（UUV）电场耦合式无线电能传输系统抗偏移性能差及漏电场辐射较大的问题，提出一种具有抗偏移及漏电场屏蔽特性的UUV电场耦合无线电能传输系统。首先给出适用于UUV的五级板式新型耦合机构，将耦合机构产生的10个耦合电容进行化简，建立耦合机构等效模型；以双侧LC补偿的EC-WPT系统为例给出系统输出参数的计算方法，并进行电路仿真；根据仿真得到的极板电压对系统周围电场进行有限元分析，验证新型耦合机构的漏电场屏蔽特性，结果表明系统中UUV内部几乎没有漏电场；最后搭建实验装置，从能量传输性能和抗偏移性能方面验证所提出方案对UUV进行无线供电的有效性，实验中实现74W的功率传输，效率为85.6%，并且能量接收端从三个维度偏移时，系统的输出功率和效率变化很小。

关键词：电场耦合无线电能传输水下无人航行器抗偏移性漏电场屏蔽

基于PCB分形线圈的磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

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基于PCB分形线圈的磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

作者：罗蕾重庆理工大学

学位级别：硕士

随着电子产品的普及,充电技术也处于快速发展之中,传统充电方式线路容易老化带来安全隐患。无线电能传输技术属于非接触式传能,拥有安全、便捷等优点。线圈、磁芯和金属屏蔽物等构成无线电能传输系统中的耦合机构,磁耦合谐振式无线电能... 详细信息

随着电子产品的普及,充电技术也处于快速发展之中,传统充电方式线路容易老化带来安全隐患。无线电能传输技术属于非接触式传能,拥有安全、便捷等优点。线圈、磁芯和金属屏蔽物等构成无线电能传输系统中的耦合机构,磁耦合谐振式无线电能传输系统中的耦合机构称为磁耦合机构。为降低小功率器件无线充电过程中对位精度的要求,研究耦合机构的抗偏移性十分重要,抗偏移性更好的耦合机构能提升器件拾取功率的稳定性。首先对无线电能传输系统中的磁耦合机构进行理论分析,提出分形线圈中的科赫雪花线圈作为无线电能传输系统的传能线圈,对科赫雪花线圈形状和磁芯结构进行优化。利用Maxwell仿真软件,通过在以下四种情况对科赫线圈(Koch线圈)和平面圆形线圈进行抗偏移性能对比:在X轴或者Y轴偏移;在XOY平面上偏移;在Z轴上偏移;绕Z轴旋转偏移。知道了Koch线圈的抗偏移性在一定范围内优于圆形线圈,随着偏移距离继续增大,两者抗偏移性趋于一致。然后对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行分析。对比研究四种谐振补偿方式,根据使用对象和运用场景,选择并联-并联补偿拓扑作为系统的谐振补偿拓扑。对并联-并联补偿无线电能传输系统进行理论推导,计算出各元器件的参数。利用MATALAB/Simulink仿真软件搭建系统模型,对两种线圈在同一系统的输出效率和输出功率进行对比。研究发现基于Koch线圈传输系统的输出效率和输出功率略优于基于圆形线圈传输系统。最后搭建实验平台。在理论分析的基础上进行硬件电路设计,包括逆变电路、控制单元、驱动电路和整流滤波电路,验证理论和仿真的正确性。在输入电压为12V条件下,能实现Koch线圈正对时系统输出功率不低于15 W、传输效率不低于80%。

关键词：无线电能传输磁耦合谐振磁耦合机构分形线圈抗偏移性

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感应加热电磁炉负载抗偏移研究

感应加热电磁炉负载抗偏移研究

作者：李乾鹏西安理工大学

学位级别：硕士

感应加热技术的研究在过去几十年间不断深化,因其具有安全、高效、环保等众多优点,在工业、医疗、家用等领域都得到了广泛应用,电磁炉就是这些应用中的典型代表。在日常烹饪过程中,锅具在电磁炉上的水平偏移在所难免。锅具的偏移会使电... 详细信息

感应加热技术的研究在过去几十年间不断深化,因其具有安全、高效、环保等众多优点,在工业、医疗、家用等领域都得到了广泛应用,电磁炉就是这些应用中的典型代表。在日常烹饪过程中,锅具在电磁炉上的水平偏移在所难免。锅具的偏移会使电磁炉对锅具的加热效果大打折扣,严重影响烹饪体验,因此研究如何提升传统电磁炉的负载抗偏移性就显得十分必要。传统电磁炉采用圆形单线圈结构,锅具发生偏移会使其与电磁炉线圈的互感耦合减小,进而降低负载输出功率,影响加热效果。本文设计了同心方形双线圈结构的电磁炉,采用抗偏移性更好的方形线圈替代传统圆形线圈。双线圈分为主线圈与辅助线圈,辅助线圈与无线电能传输中的中继线圈工作原理一致,利用两个线圈的谐振磁耦合机制加强互磁耦合,增强线圈与锅具之间的功率传输。本文首先阐述了双线圈结构电磁炉的工作原理,并对不同形状线圈的磁路进行分析,在ANSYSMaxwell中对方形、圆形线圈进行偏移模拟以及磁场的仿真,验证方形线圈电磁炉的结构优势;其次研究了基于D类半桥逆变器的双线圈拓扑与锅具的耦合特性,以实现最优的负载抗偏移性为目的,对系统的频率特性、线圈电流特性进行分析,并通过数值计算的方法分析负载偏移量与互感、功率以及效率的关系;然后在PSIM中进行电路拓扑仿真的同时,在ANSYSMaxwell中对圆形单线圈与方形双线圈两种电磁炉模型进行了有限元仿真;最后搭建了小功率实验平台进行多组对照实验,实验结果表明,本文所研究的方形双线圈电磁炉结构的负载抗偏移性相比传统电磁炉结构有了较大提升。

关键词：感应加热电磁炉抗偏移性同心方形双线圈