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新型电磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与实验验证(英文)

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电工技术学报 2014年第2期29卷 185-190,196页

作者：张献杨庆新张欣李阳金亮章鹏程天津市电工电能新技术重点实验室(天津工业大学) 天津300387

本文针对新型电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的频率响应、传输能力和效率优化问题,通过耦合模理论建立了详细准确的数学等效模型。通过模式耦合因数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条... 详细信息

本文针对新型电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的频率响应、传输能力和效率优化问题,通过耦合模理论建立了详细准确的数学等效模型。通过模式耦合因数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。结果给出了线圈间距与负载有功功率及系统传输效率之间的关系。实验方面,考虑到同轴螺旋线圈体积过大、谐振点不稳定等缺点,设计了平面盘式谐振线圈。结果表明,根据本文结论,可以大幅减少实际系统阻抗匹配设计的盲目性,有效地提高系统的功率传输能力与整体效率。

关键词：电磁耦合谐振耦合模理论模式耦合因数临界耦合

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电磁耦合谐振式无线电能传输系统性能研究

电力电子技术 2017年第2期51卷 107-109页

作者：潘超刘凯旭郑永健东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012

建立串联-并联补偿方式的电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,研究系统传输效率和输出功率与线圈距离、系统频率及负载电阻的关系。采用Matlab对所搭建的模型进行仿真,得到不同距离、频率和负载情况下效率和功率的变化情况,发现当系统... 详细信息

建立串联-并联补偿方式的电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,研究系统传输效率和输出功率与线圈距离、系统频率及负载电阻的关系。采用Matlab对所搭建的模型进行仿真,得到不同距离、频率和负载情况下效率和功率的变化情况,发现当系统频率为谐振频率时,输出功率最大,同时负载电阻对系统传输效果也有影响。搭建电磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证理论和仿真结果的准确性,为系统的优化设计提供参考。

关键词：无线电能传输电磁耦合谐振传输效率

旋转机械故障诊断系统的电磁耦合谐振无线供电研究

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旋转机械故障诊断系统的电磁耦合谐振无线供电研究

作者：林晓龙太原理工大学

学位级别：硕士

机械设备在工作过程中会出现各种形式的故障。对于连续工作的设备,需要使用嵌入式传感器对可能出现故障的工作点进行实时监测,为旋转机械上的嵌入式传感器提供能量成为需要解决的问题。传统的电池和其它供电方式存在诸多限制和不便。电... 详细信息

机械设备在工作过程中会出现各种形式的故障。对于连续工作的设备,需要使用嵌入式传感器对可能出现故障的工作点进行实时监测,为旋转机械上的嵌入式传感器提供能量成为需要解决的问题。传统的电池和其它供电方式存在诸多限制和不便。电磁耦合谐振无线供电技术克服了传统供电技术的不足之处,可以实现中等距离较大功率电能的传输。本文提出将电磁耦合谐振无线供电技术应用到旋转机械故障诊断系统以解决嵌入式传感器的供电问题,对该技术展开相关研究,主要的工作内容和结论如下：1.介绍了当前三种主要的无线供电技术(微波无线供电、电磁感应无线供电、电磁耦合谐振无线供电)的原理、特点和国内外的研究情况。微波无线供电传输距离远但效率低且易受障碍物影响;电磁感应无线供电传输功率大,但距离近;而电磁耦合谐振无线供电很好地解决了前两种方式的问题具有较远的传输距离和较高的效率。并根据旋转机械故障诊断系统无线供电的特点选用电磁耦合谐振无线供电技术进行主要研究。2.从物理学角度对电磁耦合谐振无线供电系统进阐述。将发射电磁场分为近场区和远场区并对其特点进行了分析,得出系统主要工作于近场区电磁场,对载流线圈的耦合以及组成的谐振回路进行原理分析。然后通过耦合模型理论(CMT)研究系统的传输的损耗、功率、效率和传输机理,对传输过程中能量的状态进行分析。最后结合等效电路理论将系统简化为电路模型,从电路角度分析频率、阻抗和距离对传输效率的影响。3.详细阐述了电磁耦合谐振无线供电系统的结构。首先对系统进行总体设计,系统由直流电源、信号发生电路、高频功率放大电路、发射端谐振回路、接收端谐振回路、整流滤波电路以及负载组成。然后主要研究了各类信号发生电路的和高频功率放大电路的工作原理并进行设计,设计了两级适合电磁耦合谐振无线供电系统的宽频线性功率放大器。对收发端线圈的自感、互感和电容进行分析,以此为依据制作线圈并匹配谐振电容来组成谐振电路。对接收端的整流滤波电路进行设计并选用负载。最后根据对各个模块的设计搭建无线供电平台成功实现了20cm距离7.5W电能的无线传输,效率约为62%。4.对无线供电系统的耦合磁场进行了有限元分析。首先分析不同激励信号和线圈参数对单线圈发射磁场强度的影响,得出增大激励电压幅度、线圈半径、匝数可以增强磁场强度的结论。然后分析了半径、匝数和距离对一对线圈耦合磁场强度的影响,线圈耦合磁场随着距离的增大而减弱;在相同距离上,增大线圈半径和匝数可以增强磁场强度。最后分析了距离对三维接收线圈的耦合磁场强度的影响,随着距离的增大,磁场的分布范围增大,但强度减小。通过分析激励信号参数、距离线圈参数对耦合磁场的影响为后文设计实验研究传输特性提供了理论依据和指导。5.在实现电磁耦合谐振无线供电系统的基础上研究其传输特性。实验发现只有当系统发生谐振时传输效率最高;同时提高发射电压、增大线圈半径、匝数、线径、谐振电容可以在提高系统的传输性能。研究了角度变化对传输的影响,在此基础上设计三维接收线圈进行实验,结果表明接收端线圈的三维结构可以实现多方向接收能量。并且对电磁耦合谐振无线供电技术的穿透性和安全性进行了分析,得到该技术对非金属材料具有良好的穿透性。

关键词：电磁耦合谐振嵌入式传感器耦合磁场互感传输效率多方向性

基于电磁耦合谐振原理的无线电能传输系统研究

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基于电磁耦合谐振原理的无线电能传输系统研究

作者：刘凯旭东北电力大学

学位级别：硕士

随着科技水平的进步,社会的发展对电能传输技术的要求也越发严格。传统电能传输方式由于老化、磨损等原因会导致设备寿命缩短,性能降低,甚至造成安全事故。在一些特殊条件下,例如水下、矿井,传统电能传输方式由于接线和环境等原因实施... 详细信息

随着科技水平的进步,社会的发展对电能传输技术的要求也越发严格。传统电能传输方式由于老化、磨损等原因会导致设备寿命缩短,性能降低,甚至造成安全事故。在一些特殊条件下,例如水下、矿井,传统电能传输方式由于接线和环境等原因实施困难且成本较高。针对以上问题,国内外专家和学者研究出一种新型的无线电能传输技术。这种无线传输方法基于电磁耦合谐振无线输电原理,与传统电能传输方式相比,可以避免导线磨损、电火花等问题,具有安全隐患小,资源消耗较少等优点。本文从理论分析和实验量测两个方面入手研究电磁耦合谐振式无线电能传输系统。理论分析方面,简要分析电磁耦合原理和谐振理论,基于耦合模和振荡电路理论对系统的基本工作原理进行分析,分析四种拓补结构的系统等效电路模型和输出功率及传输效率与系统各元素之间的关系;分析了谐振频率出现分裂的原因,通过仿真得到该现象的响应曲线;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之间的关系。实验方面,设计无线电能传输系统平台,系统包括高频发射源、发射和接收回路、负载等。通过对收-发回路进行设计,确定系统各参数。通过仿真得到四种拓补结构的系统传输特性,确定补偿电容的连接方式。建立无线电能传输系统,该系统最大输出功率为12 W,此时传输效率达到35%。研究表明,影响系统传输能力的因素包括线圈距离、系统频率、负载电阻、线圈空间位置等。通过对建立的模型进行仿真,归纳各因素与系统传输功率/效率的变化规律和内在联系,并与实验量测数据对比,验证理论分析和仿真结果的准确性,为系统未来的优化及设计提供了参考。

关键词：电磁耦合谐振无线电能传输传输效率输出功率

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基于电磁耦合谐振式无线电能传输的研究

基于电磁耦合谐振式无线电能传输的研究

作者：邵建波长春工业大学

学位级别：硕士

电磁耦合谐振无线电能传输技术就是借助磁场,通过强磁耦合谐振来实现电能从电源端向负载一侧传输的技术。电磁耦合谐振式无线传输技术相比其他感应式、微波式无线电能传输技术来讲具有传输距离远、方向性要求不严格,传输功率与其他无线... 详细信息

电磁耦合谐振无线电能传输技术就是借助磁场,通过强磁耦合谐振来实现电能从电源端向负载一侧传输的技术。电磁耦合谐振式无线传输技术相比其他感应式、微波式无线电能传输技术来讲具有传输距离远、方向性要求不严格,传输功率与其他无线电能传输相比较高等优点。但是系统的整流、逆变等电路的参数选择、耦合线圈参数和线圈之间的距离大小以及谐振频率等都会影响传输效率和功率。所以,如何设计并优化系统电路来更好的适应更长距离的电能传输、进一步提高传输效率和传输功率是今后研究的重点。本文主要从理论分析与实验仿真两个角度对电磁耦合谐振无线电能传输系统进行了研究。本文根据耦合模理论建立系统数学模型,分析得出了系统能量转换过程中只有当耦合系数远大于自然衰减率时,才可进行较高效率的能量传输,当谐振状态下传输效率最高的结论。建立了互感耦合等效电路模型,针对常见的三种耦合结构系统从电路角度分析了电路阻抗对传输效率与输出功率的影响,得出传输效率与输出功率数学表达式。对三种耦合结构系统在Multisim环境下进行了仿真分析和对比,确定SS型耦合结构比其他结构类型系统输出性能好,抗干扰能力强。分析SS型无线电能传输系统频率、品质因数、耦合参数、空间以及负载影响特性,根据理论分析在MATLAB仿真软件进行了仿真。发现提高系统谐振频率、品质因数,增加线圈耦合度,可以提高系统输出功率与传输效率。对空间与负载影响特性研究发现,系统进行能量传输是有方向性的,系统存在最佳的空间位置与输出负载,使系统具有最佳的输出性能。根据传输特性理论研究与仿真结果,设计了系统耦合线圈。并从线圈的选线、线圈半径、匝数、匝间距以及有无磁芯和磁芯类型通过ANSYS仿真软件进行了磁场角度分析。明确了线圈半径、匝间距的选择要求,以及加入磁芯可以提高系统耦合度并确定环型结构作为磁芯结构。对发射端与接收端电路进行了选择设计,选择EMI滤波-全桥整流和零电压串联谐振软开关变换逆变电路与Buck-Boost电路作为发射端与接收端电路。并在发射端加入频率跟踪负反馈系统,对系统出现频率分裂以及空间特性偏移进行补偿调节。最后对所设计的电路及传输特性理论进行实验验证。

关键词：无线传输系统电磁耦合谐振 SS型耦合结构传输特性频率跟踪

基于电磁耦合谐振的变电站巡检机器人无线充电研究

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电子测量技术 2019年第20期42卷 40-43页

作者：石黄霞付涛新疆工程学院能源工程学院

针对变电站巡检机器人充电问题,在分析电磁耦合谐振无线电能传输原理的基础上,给出了电磁耦合谐振无线输电数学模型,并进行了实验测试研究。研究结果表明:当传输距离增大后,接收端的电压表现为随之降低的变化趋势,而近距离的大线圈可以... 详细信息

针对变电站巡检机器人充电问题,在分析电磁耦合谐振无线电能传输原理的基础上,给出了电磁耦合谐振无线输电数学模型,并进行了实验测试研究。研究结果表明:当传输距离增大后,接收端的电压表现为随之降低的变化趋势,而近距离的大线圈可以测试更强的耦合作用,能够接收的电压也更高。引入三维线圈来改进线圈结构,有效提高了接收端在各个方向上的能量接收效率。接收端包含了3个正交线圈与相应的电容,并在在交变电磁场中发生机械转动,因此在任意角度下都将有一个线圈和发射端处于最强耦合状态,可以为负载输出最大功率。

关键词：巡检机器人电磁耦合谐振无线输电接收效率

电动汽车电磁耦合谐振无线电能传输系统性能分析

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机械管理开发 2024年第6期39卷 253-255页

作者：齐俊平齐鹏翔周口职业技术学院机电工程系河南周口466000

电磁耦合谐振无线电能传输是一种新型的无线供电技术,具有效率高、距离远的特点。设计了一种电动汽车电磁耦合谐振无线充电系统,并开展性能实验分析。一对一线圈传输实验表明增大线圈直径与共振频率后有助于获得更大发射功率,达到更大... 详细信息

电磁耦合谐振无线电能传输是一种新型的无线供电技术,具有效率高、距离远的特点。设计了一种电动汽车电磁耦合谐振无线充电系统,并开展性能实验分析。一对一线圈传输实验表明增大线圈直径与共振频率后有助于获得更大发射功率,达到更大的发射距离。多方向电能接收实验表明优化后线圈可以使接收端从不同方向接收能量,通过三维线圈为电动汽车传感器提供所需电能。该研究有助于提高电动汽车长距离许航能力,进而提高行驶效率。

关键词：电动汽车电磁耦合谐振无线电能传输线圈共振频率

多中继线圈的无线电能传输系统效率分析(英文)

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电工技术学报 2013年第S2期28卷 35-42页

作者：李中启黄守道杨民生袁小芳湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 湖南文理学院电气信息工程学院常德415000

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率与传输距离是矛盾的,一般来说系统的传输距离越远,系统的传输效率就越低。为了同时达到较远的传输距离和较高的传输效率,本文提出了一种多中继线圈的无线电能传输系统。运用瞬态耦合模理论,推... 详细信息

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率与传输距离是矛盾的,一般来说系统的传输距离越远,系统的传输效率就越低。为了同时达到较远的传输距离和较高的传输效率,本文提出了一种多中继线圈的无线电能传输系统。运用瞬态耦合模理论,推导出了系统的效率表达式,并以此为基础,分析了系统传输效率的变化规律。当发射线圈与中继线圈之间的耦合系统和中继线圈与接收线圈之间的耦合系统相等且发射线圈与接收线圈之间的耦合系统等于零时,系统的传输效率最高。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：耦合模理论电磁耦合谐振无线电能传输最大效率

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旋转机械故障诊断系统的无线供电研究

电力电子技术 2015年第1期49卷 43-46页

作者：林晓龙韩振南刘邱祖刘庆太原理工大学机械工程学院山西太原030024

这里提出采用电磁耦合谐振无线电能传输技术为旋转机械上嵌入式故障诊断系统传感器供电。建立耦合理论模型和等效电路模型,分析传输距离、线圈参数对互感和传输效率的影响。并通过ANSYS有限元分析传输过程中电磁场变化情况,为该技术研... 详细信息

这里提出采用电磁耦合谐振无线电能传输技术为旋转机械上嵌入式故障诊断系统传感器供电。建立耦合理论模型和等效电路模型,分析传输距离、线圈参数对互感和传输效率的影响。并通过ANSYS有限元分析传输过程中电磁场变化情况,为该技术研究提供理论依据。实验成功实现20 cm上7.5 W的无线电能传输,效率达62%。根据嵌入式传感器的运动特点,设计三维线圈实现接收端多方向连续稳定接收能量。实验中接收端任意角度均能点亮发光二极管(LED)灯,证明方案的可行性。

关键词：无线电能传输电磁耦合谐振旋转机械故障诊断