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磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析

电机与控制学报 2017年第3期21卷 1-9页

作者：陈希有周宇翔李冠林孙学斌吴茂鹏大连理工大学电气工程学院辽宁大连116023 中电投吉林核电有限公司吉林长春130000

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回... 详细信息

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。

关键词：无线电能传输磁场耦合最大功率回路阻抗互感电抗

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混合动力车用复合结构永磁电机中磁场耦合

电工技术学报 2017年第A02期32卷 56-63页

作者：徐奇伟孙静蒋小彪赵蒙沈启平重庆大学电气工程学院重庆400044

作为混合动力车中的电气无级变速器,复合结构永磁电机具有使内燃机独立于路况负载运行于高效率区、提高燃油经济性、降低排放等优点。主要针对混合动力车用新型复合结构永磁电机中的磁场耦合问题展开研究。首先将混合动力车用永磁电机... 详细信息

作为混合动力车中的电气无级变速器,复合结构永磁电机具有使内燃机独立于路况负载运行于高效率区、提高燃油经济性、降低排放等优点。主要针对混合动力车用新型复合结构永磁电机中的磁场耦合问题展开研究。首先将混合动力车用永磁电机与丰田Prius系列混合动力车中的丰田混合动力系统(THS)进行参数匹配,得到复合结构永磁电机的设计参数,并使二者具有相同的动力驱动性能;然后建立复合结构永磁电机的内部等值磁路模型,并以此为基础探索复合结构永磁电机内部磁场耦合规律;最后,利用2D-Ansoft有限元软件仿真分析复合结构永磁电机在不同工作模式下的内部磁场分布,并提出其内部磁场解耦设计方案,为复合结构永磁电机在混合动力车中的进一步应用奠定理论基础。

关键词：混合动力车复合结构永磁电机参数匹配磁场耦合

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一种X波段磁场耦合式波导-微带转换结构

微波学报 2019年第2期35卷 64-68页

作者：任宇辉王夫蔚李珂邓周虎伍捍东西北大学信息科学与技术学院西安710127 西安恒达微波技术开发有限公司西安710100

波导-微带转换器是微波集成电路和天馈线系统中的重要器件。结合具体应用,设计了一款新型、宽带磁耦合式波导-微带转换器。和传统结构相比,本设计用双层的贴片结构代替金属块状阶梯脊,通过在贴片上加载金属过孔来展宽转换的带宽;将阶梯... 详细信息

波导-微带转换器是微波集成电路和天馈线系统中的重要器件。结合具体应用,设计了一款新型、宽带磁耦合式波导-微带转换器。和传统结构相比,本设计用双层的贴片结构代替金属块状阶梯脊,通过在贴片上加载金属过孔来展宽转换的带宽;将阶梯状金属贴片和微带探针一体化设计,从而避免了焊接带来的损耗和结构不稳定,并且减小了加工难度,降低了重量和成本。测试结果表明,波导-微带转换器的两个端口在8.85～11.52 GHz的频带内回波损耗小于-15 dB,插入损耗约为0.8 dB,均满足应用需求。

关键词：波导-微带转换器阶梯阻抗变换器磁场耦合

UHF频段基于磁场耦合原理RFID读写器天线研究

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UHF频段基于磁场耦合原理RFID读写器天线研究

作者：郑景明南京航空航天大学

学位级别：硕士

基于磁场耦合原理的超高频(Ultra-high Frequency,UHF)射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术凭借其高速率及在复杂环境下良好的阅读性能广泛应用在移动物流、医药管理等领域。但是该类系统中读写器天线近场磁场的场强及... 详细信息

基于磁场耦合原理的超高频(Ultra-high Frequency,UHF)射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术凭借其高速率及在复杂环境下良好的阅读性能广泛应用在移动物流、医药管理等领域。但是该类系统中读写器天线近场磁场的场强及均匀性一直是研究的重点与难点,并且天线设计满足近远场多功能应用也是热点之一。本文研究UHF频段基于磁场耦合原理读写器天线在实现近场磁场强且均匀的基础上,进一步研究了天线远场工作特点,从而实现天线近远场多功能应用。分别研究了远场低增益磁耦天线、近远场模式可切换磁耦天线以及近远场模式共用磁耦天线。本文主要内容与研究成果如下。本文第一部分主要研究了UHF频段远场低增益磁耦读写器天线。第一款天线通过对偶极子阵列设计,利用四分之一阻抗变换双面带状线结构(Quarter-wave impedance transformer double-side parallel stripline,QDSPSL)馈电,实现天线近场区域磁场强且均匀特点。实测阻抗带宽为107 MHz(860-967 MHz),在输入功率为25 dBm时,能够实现对近场标签100%读取率距离为100 mm,标签的有效阅读区域为140×140 mm。进一步提出多臂偶极子结构加载,利用不同谐振频点进一步拓宽天线阻抗带宽,近场激发更强且均匀磁场。仿真结果表明,天线阻抗带宽为810-1000 MHz。在距离天线表面10 mm处,垂直方向上磁场强度达到-2.5 dBA/m,有效地增强了近场区域磁场。本文第二部分主要研究了一款UHF频段近远场模式可切换磁耦读写器天线。在第一部分天线结构的基础上进一步设计了三端口天线,通过对不同的端口馈电,实现了天线近远场工作模式的可切换特性。该款天线在近场工作模式下,能够实现近场磁场强且均匀分布的特点;工作在远场模式下,能够分别实现天线远场水平与垂直极化特性。实测表明,天线工作在近场模式下,阻抗带宽为820-880 MHz,输入功率为25 dBm时,能够实现对近场标签100%读取率距离为100 mm,标签的有效阅读区域为140×140 mm;在远场工作模式下,阻抗带宽为820-1000MHz,在输入功率为25 dBm下,天线远场模式能够实现对远场标签1.2 m阅读距离。本文第三部分主要研究了一款UHF频段近远场模式共用磁耦读写器天线。基于反向电流原理对天线近场辐射单元进行研究设计。该款天线在近场区域激发出均匀磁场基础上,同时能够在远场区域实现圆极化特性,实现了天线近远场模式共用性能特点。实测表明,在近场区域激发的磁场实现对标签100%读取率的距离为25 mm,标签阅读区域为100×100 mm。远场实测结果表明,在825-925 MHz,反射系数均低于-10 dB,增益2.9-3.2 dB,天线轴比带宽为30 MHz(880-910 MHz);在输入功率为25 dBm实现对远场标签1.6 m阅读距离。

关键词： UHF频段磁场耦合读写器天线 RFID系统近远场

开关磁阻电机一体化飞轮储能系统磁场耦合分析研究

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开关磁阻电机一体化飞轮储能系统磁场耦合分析研究

作者：宋文虎三峡大学

学位级别：硕士

飞轮储能系统是一种储存机械能的储能装置,它具有体积小、质量轻、能量密度高、能量转换效率高、零污染等诸多优点,它在军事、航天航空等领域得到了广泛的应用和发展。伴随着社会的进步,人们对飞轮储能系统的使用性能要求更高,本学位论... 详细信息

飞轮储能系统是一种储存机械能的储能装置,它具有体积小、质量轻、能量密度高、能量转换效率高、零污染等诸多优点,它在军事、航天航空等领域得到了广泛的应用和发展。伴随着社会的进步,人们对飞轮储能系统的使用性能要求更高,本学位论文针对如何进一步减小飞轮储能系统的质量、体积和减小其工作过程的能量损耗这两方面的问题,拟定出了一种新型的飞轮储能系统方案,即电机使用开关磁阻电机,并将电机转子与飞轮电池转子一体化。本文主要针对所拟定的飞轮电池系统,开展了以下研究:针对现有飞轮储能系统存在体积、质量过大以及在充放电过程中,电机转子带动飞轮转子转动过程中存在能量损耗的问题,本文拟定了一体化飞轮电池结构,即将飞轮转子与电机的转子结合在一起。一体化结构能够很大程度上减小飞轮电池的体积、质量,并且有效的减小了飞轮电池的能量损耗,提高了它的使用效率。针对开关磁阻电机内部磁场分布的情况问题,本文采用了一种开关磁阻电机结构设计方案,并使用该设计方案对开关磁阻电机结构参数进行计算,利用Ansoft Maxwell软件对该设计参数进行建模,并对其三个工作位置进行磁场分析,通过分析得到在开关磁阻电机三个不同工作位置上,其内部磁场分布都符合“磁阻最小原理”,并得到开关磁阻电机在这三个位置时的转矩,为下文耦合磁场分析对比提供了帮助。针对支撑系统内部磁场分布情况及受力情况的问题,本文利用Ansoft Maxwell软件分别对轴向电磁轴承转子产生0.00mm、0.15mm和0.29mm的轴向位移时和径向电磁轴承转子产生0.00mm、0.10mm、0.21mm的径向位移时进行仿真分析,通过仿真得到了轴向、径向电磁轴承磁感应强度图,并分析了其内部磁场分布的特点,同时分析了轴向、径向电磁轴承的受力情况,得到轴向电磁轴承转子产生0.00mm,0.15mm,0.29mm的轴向偏移时受到的轴向力分别为2.34N,1061.3N,2365.7N;径向电磁轴承转子产生0.00mm,0.10mm,0.21mm的径向偏移时受到的径向力为0.96N,148.8N,433.4N,该数据为下文一体化磁场耦合分析中轴向、径向电磁轴承对比分析提供了帮助。针对一体化飞轮电池内部磁场存在耦合并相互影响的问题,本文将开关磁阻电机、径向电磁轴承和轴向电磁轴承三者产生的磁场进行联合仿真分析。本文对开关磁阻电机位于位置一和位置二时并且轴向、径向电磁轴承不发生偏移和发生偏移时进行磁场耦合分析,并将分析得到的耦合场的数据与单独分析时的数据进行对比,通过对比分析得到:轴向、径向电磁轴承不发生偏移时,它们受到力的变化不超过2N,受到影响十分的小;当轴向、径向电磁轴承发生偏移时,轴向电磁轴承的径向力变化不超过0.5N,轴向力的变化不超过1%,径向电磁轴承的径向力变化不超过1%,轴向力的变化不超过0.5N;开关磁阻电机和轴向、径向电磁轴承内部的磁场分布特点与单独分析时一致,开关磁阻电机的转矩变小。综合上述研究得到:开关磁阻电机一体化飞轮储能系统内部磁场耦合,对径向电磁轴承和轴向电磁轴承的影响十分的小,可以直接忽略不计;耦合磁场使开关磁阻电机的转矩变小,使飞轮转子的转速有所提高。

关键词：一体化飞轮储能系统开关磁阻电机轴向电磁轴承径向电磁轴承磁场耦合

不同磁场耦合下的超声振动和磁场复合WEDM-LS表面完整性研究

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不同磁场耦合下的超声振动和磁场复合WEDM-LS表面完整性研究

作者：缪建淘上海理工大学

学位级别：硕士

慢走丝电火花线切割(WEDM-LS)是一种常用的高精度特种加工方法,在加工TiNi形状记忆合金(SMA)中避免了对加工精度产生影响的机械应力和振动问题。然而,传统WEDM-LS加工TiNi SMA过程存在加工效率低、加工表面完整性差等问题。因此本文提... 详细信息

慢走丝电火花线切割(WEDM-LS)是一种常用的高精度特种加工方法,在加工TiNi形状记忆合金(SMA)中避免了对加工精度产生影响的机械应力和振动问题。然而,传统WEDM-LS加工TiNi SMA过程存在加工效率低、加工表面完整性差等问题。因此本文提出了一种超声振动和磁场复合WEDM-LS工艺,以电极丝自生磁场为媒介,以超声振动和附加磁场对自生磁场的影响机制为切入点,完成了极间磁场耦合特性的分析,并结合理论建模以及工艺试验研究超声振动和附加磁场的复合机理,分析复合工艺的加工机理,最终总结复合工艺的加工规律与可靠性。首先,分析了极间磁场的耦合机理,确定了极间磁场最佳耦合方式,探究了超声振动和附加磁场对电极丝自生磁场的影响机制。基于电极丝振动响应方程,建立了超声振动辅助WEDM-LS自生磁场模型。通过施加不同方向的附加磁场建立了磁场耦合模型,结果表明超声、磁场和加工方向均会显著改变极间磁场分布和强度。其次,以电极丝自生磁场为桥梁对极间磁场进行了耦合仿真,分析了不同方向的附加磁场对放电间隙磁场的影响。针对超声振动辅助WEDM-LS对自生磁场进行了三维仿真分析,研究了自生磁场的空间叠加情况。基于MATLAB对复合工况下的自生磁场进行了仿真研究,总结了不同工艺参数下自生磁场在电极丝跨距范围内的分布规律。仿真结果表明:磁场会使相对磁导率大的工件产生更大的磁化作用;超声振动和附加磁场均能大幅度提高自生磁场的强度和极间磁场强度。然后,基于极间磁场模型修正了单次脉冲热源模型,完成了工件温度场仿真,分析了放电凹坑发生形位变化的过程。仿真结果表明:超声振动以及磁场辅助WEDM-LS下,耦合磁场使放电通道发生了偏转,从而改变了放电产生的凹坑形位状态,单个凹坑的深度与宽度平均增大11.3%和15.3%,最终提高了材料去除率。最后,完成了不同工艺试验研究,以工件表面粗糙度、加工速度、材料去除率和表面完整性为对象分析了复合加工机理和工艺规律,并设计了磁场耦合验证试验。试验结果表明:超声振动和磁场复合WEDM-LS具有最优的表面完整性和最大的加工效率;磁场有效的抑制了电极丝的振动幅值同时降低表面粗糙度值;同时极间磁场耦合是超声振动和磁场复合的主要作用方式,验证了自生磁场模型和磁场耦合模型的准确性和可靠性,体现了复合工艺的优越性和可行性。

关键词： WEDM-LS 超声振动和磁场自生磁场磁场耦合温度场

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磁场耦合双梁压电振动俘能器响应特性研究

传感器与微系统 2019年第12期38卷 10-13,17页

作者：张旭辉左萌谭厚志樊红卫西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省煤矿机电设备智能检测与健康维护重点实验室陕西西安710054

环境振动能量收集有望解决微功耗无线传感器节点的供电问题。针对典型压电式振动俘能器多为线性谐振系统,工作频带窄,难以适配实际振源的问题,引入外加磁场,研究双梁-永磁体结构的能量收集器的振动特性,利用磁偶极子理论建立了磁力模型... 详细信息

环境振动能量收集有望解决微功耗无线传感器节点的供电问题。针对典型压电式振动俘能器多为线性谐振系统,工作频带窄,难以适配实际振源的问题,引入外加磁场,研究双梁-永磁体结构的能量收集器的振动特性,利用磁偶极子理论建立了磁力模型并引入动力学方程中,建立系统集中参数动力学模型,仿真分析了系统关键参数对响应的影响规律,最后搭建实验平台进行了验证。研究结果表明:双梁压电俘能器在耦合磁场作用下俘能效率相对无磁力时大幅提高,在磁间距为26 mm时俘能范围拓宽3倍,电压输出显著提高。

关键词：双梁-永磁体结构磁场耦合振动能量收集响应特性

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基于磁场耦合式的水下无线传能技术的研究

集成电路应用 2019年第2期36卷 38-40页

作者：宋超邓珊杨淼武汉船舶通信研究所武汉430200

基于电场、磁场耦合的近场无线传能技术已经在陆地上得到广泛研究和应用。海洋装备发展对水下无线传能提出应用需求。考虑海洋环境独特的电气参数,充分研究近场耦合式无线充电技术(电场耦合和磁场耦合)在海洋环境下的传输效能,评估两种... 详细信息

基于电场、磁场耦合的近场无线传能技术已经在陆地上得到广泛研究和应用。海洋装备发展对水下无线传能提出应用需求。考虑海洋环境独特的电气参数,充分研究近场耦合式无线充电技术(电场耦合和磁场耦合)在海洋环境下的传输效能,评估两种无线充电技术的海洋环境适应性和可行性,为研制水下无线充电装备提供理论指导。

关键词：水下无线传能电场耦合磁场耦合传输效能

国外空间磁场耦合式近场无线能量传输技术发展分析

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空间电子技术 2024年第3期21卷 11-17,F0002页

作者：张龙龙宋鼎赵晓静张勤荣中国石油大学(华东) 青岛266555 北京空间飞行器总体设计部北京100094

磁场耦合式近场无线能量传输具有高效率、非接触、无金属触点裸露等优点,对于解决空间非接触供电具有重要应用前景。为了推进空间磁场耦合式近场无线能量传输相关技术的研发和成果转化,文章重点梳理了国外在空间磁场耦合式近场无线能量... 详细信息

磁场耦合式近场无线能量传输具有高效率、非接触、无金属触点裸露等优点,对于解决空间非接触供电具有重要应用前景。为了推进空间磁场耦合式近场无线能量传输相关技术的研发和成果转化,文章重点梳理了国外在空间磁场耦合式近场无线能量传输技术的发展路线图,调研近十五年来已经开展的演示验证或技术示范项目,分析国外关键技术方案及指标,提出航天器内设备间厘米级范围内优先采用感应耦合式无线能量传输、航天器间几十厘米到米级范围优先采用谐振耦合式无线能量传输、传输功率需提升至千瓦级以上、传输效率优于85%的发展建议,为未来发展空间磁场耦合式近场无线能量传输技术提供指导。

关键词：航天器磁场耦合近场无线能量传输发展分析