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磁耦合无线电能传输技术研究进展及其大功率实现方法

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海军工程大学学报 2021年第5期33卷 19-27页

作者：蔡进吴旭升孙盼孙军张筱琛海军工程大学电气工程学院武汉430033

随着无线电能传输技术的深入研究和关键技术的突破,高效、大功率和远距离的无线电能传输技术成为国内外的重要研究课题。首先,从传输水平角度介绍了国内外磁耦合无线电能传输技术的研究进展;然后,分析了磁感应式无线电能传输技术和磁谐... 详细信息

随着无线电能传输技术的深入研究和关键技术的突破,高效、大功率和远距离的无线电能传输技术成为国内外的重要研究课题。首先,从传输水平角度介绍了国内外磁耦合无线电能传输技术的研究进展;然后,分析了磁感应式无线电能传输技术和磁谐振式无线电能传输技术的原理以及二者的区别;最后,在此基础上重点分析了大功率磁耦合无线电能传输技术实现方法,以及磁耦合无线电能传输技术的热点问题。

关键词：无线电能传输大功率磁耦合

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磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构研究

工矿自动化 2015年第5期41卷 58-63页

作者：王国东乔振朋王赛丽原璐璐王允建河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

分析了4种磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构模型的输出功率、传输效率与频率、负载、距离的关系,得出结论:发射线圈电感电容串联、接收线圈电感电容并联的拓扑结构更适用于低频率、大负载、远距离的情况;发射线圈和接收线圈电感电容均... 详细信息

分析了4种磁耦合谐振式无线电能传输拓扑结构模型的输出功率、传输效率与频率、负载、距离的关系,得出结论:发射线圈电感电容串联、接收线圈电感电容并联的拓扑结构更适用于低频率、大负载、远距离的情况;发射线圈和接收线圈电感电容均串联的拓扑结构更适用于较近距离、较高频率、较小负载的情况。通过Matlab仿真得出在相同参数下4种拓扑结构模型的输出电压、电流波形,验证了理论分析的正确性。

关键词：无线电能传输拓扑结构磁耦合谐振

基于频率控制的磁耦合共振式无线电力传输系统传输效率优化控制

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中国科学：技术科学 2011年第7期41卷 913-919页

作者：谭林林黄学良黄辉邹玉炜李慧东南大学电气工程学院南京210096

针对于磁耦合共振式无线电力传输系统,为了抑制传输效率随传输距离的增加下降较快,通过研究系统传输效率的影响因子,本文提出了一种基于共振器频率控制的效率优化方法,并在此基础上用两种优化控制方案来实现系统传输效率的控制.仿真和... 详细信息

针对于磁耦合共振式无线电力传输系统,为了抑制传输效率随传输距离的增加下降较快,通过研究系统传输效率的影响因子,本文提出了一种基于共振器频率控制的效率优化方法,并在此基础上用两种优化控制方案来实现系统传输效率的控制.仿真和实验结果表明:在同等负载下,这种优化方法在一定范围内能够有效地稳定系统传输效率,解决了系统传输效率受传输距离变化敏感的问题.

关键词：磁耦合频率控制效率优化无线电力传输

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磁耦合谐振式无线电能传输系统线圈优化研究

计算机仿真 2017年第10期34卷 172-176,304页

作者：黄云霄张强牛天林徐晨洋空军工程大学防空反导学院陕西西安710051

无线电能传输系统耦合线圈设计是影响系统性能的主要因素。针对两线圈磁谐振式无线电能传输系统建模,分析得出只改变线圈品质因数条件下,系统最优传输功率与最大传输效率一定不拟合。应用ANSYS电磁仿真与MATLAB数值计算相结合的方式,分... 详细信息

无线电能传输系统耦合线圈设计是影响系统性能的主要因素。针对两线圈磁谐振式无线电能传输系统建模,分析得出只改变线圈品质因数条件下,系统最优传输功率与最大传输效率一定不拟合。应用ANSYS电磁仿真与MATLAB数值计算相结合的方式,分析在无线电能传输系统其它参数确定时,圆形平板线圈匝距、半径、匝数改变时的空间磁场分布与系统传输特性。仿真结果表明,增大线圈半径与匝数、减少线圈匝距均可有效提升系统的传输性能,增大线圈半径可增加传输距离,增大线圈匝数可增加系统工作频率范围。分析结果为优化磁耦合谐振线圈提供了理论依据。

关键词：磁耦合无线电能传输线圈优化传输特性

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磁耦合谐振式无线能量传输系统传输特性研究

磁耦合谐振式无线能量传输系统传输特性研究

作者：任大华郑州大学

学位级别：硕士

近年来，越来越多的电子产品的涌现使得如何充电日益受到关注，太多的充电设备已经成为负担，无线能量传输技术成为研究热点。其中的磁耦合谐振式无线能量传输技术具有优异的传输效率和能较远的传输，是目前国际上主流的研究无线充电设... 详细信息

近年来，越来越多的电子产品的涌现使得如何充电日益受到关注，太多的充电设备已经成为负担，无线能量传输技术成为研究热点。其中的磁耦合谐振式无线能量传输技术具有优异的传输效率和能较远的传输，是目前国际上主流的研究无线充电设施的技术。关于磁耦合谐振式无线电能传输，其传输距离对无线电能传输来说是一个很大的挑战，因此，本文对磁耦合谐振式无线能量传输技术的发射和接收线圈的结构参数进行了基础性理论研究。根据磁耦合谐振式无线电能传输技术的理论分析研究，本文采用Hilbert分形线圈代替环形的发射线圈和接收线圈。分析了系统的传输机理，能量传输以及应该遵守的准则，以往研究中都是耦合模公式建立数字模型，具有一定的缺点。针对这一问题，首先，利用互感耦合建立的数字模型，然后用电路理论分析建立等效的电路模型，能够将耦合模公式建立数字模型简化，很好的分析影响能量传输的关键因素。在无线电能传输系统中，本文利用Hilbert分形天线代替传统的环形线圈，在很大程度上减小了接收端尺寸。在此基础上，分析影响能量传输的关键因素，得到系统传输的最大传输效率。利用上述方法对磁耦合无线电能传输进行仿真实验，通过计算传输距离，传输效率等几个参数对系统性能进行评估。结果及其分析表明在相同的发射和接收面积下，Hilbert分形天线代替环形天线，能够较好的传输能量，有效地减小了接收端尺寸。对比于其他的磁耦合谐振式无线电能传输，该方法对接收端尺寸明显减小，保证了传输距离和传输效率同时也满足了无线电能传输的要求。

关键词：磁耦合谐振 Hilbert分形传输效率传输距离

磁耦合谐振式无线电能传输相关技术分析与研究

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同方学位论文库

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磁耦合谐振式无线电能传输相关技术分析与研究

作者：何智勇电子科技大学

学位级别：硕士

自人类广泛利用电能以来,相关技术得以迅猛发展,人类社会生活发生了巨大变化。但随之而来的问题逐渐显现,大多数时候用电设备的供电电源电缆成为“羁绊”和“麻烦”,尤其在生物活体内(如给病人体内电子电路供电)内的电子电路、系统供电... 详细信息

自人类广泛利用电能以来,相关技术得以迅猛发展,人类社会生活发生了巨大变化。但随之而来的问题逐渐显现,大多数时候用电设备的供电电源电缆成为“羁绊”和“麻烦”,尤其在生物活体内(如给病人体内电子电路供电)内的电子电路、系统供电时,电子设备间的控制、信息和数据的传输都可以无线连接,促使人类开始探索采用无线供电技术,甩掉电器设备的供电“尾巴”,大力研究无线电能传输技术。随着人们对电磁感应、微波和电磁辐射技术的广泛研究和实践,发现了多种无线电能传输方法,并已开发了不少的应用实例。课题结合团队新能源技术科研项目对无线电传能的需要,加强对该技术的全面认识和更好地应用,对常见的无线电能传输的原理、内在的物理本质特点等展开了对比研究,尤其对作为无线电能传输技术的一个新的发展方向“磁耦合谐振式无线电能传输”相关技术进行了较为全面的分析和深入的研究,对此类技术做了建模、理论计算,得到了无线电能传输的基本规律、重要的物理量之间的约束关系,并运用仿真技术和搭建实际电路进一步验证。不但加深了对该技术的认识、理解,得出了一些有价值的结论,而且对项目以后在无线电能传输技术开发应用做好基础准备和技术储备和依据。本文的主要工作如下:(1)对几种典型的无线电能传输技术做了对比分析。重点比较了易混淆的磁耦合谐振式无线电能传输技术与感应式无线能量传输技术的不同之处性能优劣,以及磁耦合谐振式系统的优势,导出了重要的数学关系。根据耦合模型和基本理论,在考虑损耗和无损耗条件下,分别给出了LC电路系统耦合模型方程,分析了电路耗损关系。(2)计算磁耦合谐振式无线电能传输系统效率、归一化电压和传输距离的表达式,得出串联谐振和并联谐振两种状态下的传输效率公式完全一致的结论,分析了在制作系统时线圈导线匝数,半径等如何选用。研究了工作频率、水平横向距离、垂直纵向距离、偏转角度、导线直径、电导率等特性对于系统传输的影响。(3)设计实体电路并实现了磁耦合谐振式无线电能传输系统,进行实验并验证理论分析的正确性。系统输入为15V直流电压,以555时基电路作为波形产生电路,采用并联谐振方式,制作了收发线圈参数为匝数为4,半径为9cm螺线管线圈。分别在过耦合,临界耦合,欠耦合状态下,对系统工作频率、水平横向距离、垂直纵向距离、偏转角度、导线直径、电导率等特性进行实验研究,并就实验结果得出结论。

关键词：无线电能传输磁耦合谐振频率传输效率

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同方学位论文库

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磁耦合双摆的混沌运动

力学与实践 2006年第5期28卷 76-77页

作者：刘延柱彭建华上海交通大学工程力学系上海200030

建立并分析磁耦合双摆的非线性动力学方程,计算其Poincaré截面图,以解释其典型的混沌摆动现象。

关键词：磁耦合双摆混沌 Poincaré截面图

磁耦合谐振式无线电能传输E类功放的设计与实现

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磁耦合谐振式无线电能传输E类功放的设计与实现

作者：王秉森河北大学

学位级别：硕士

随着科学技术的快速发展,新型电子设备逐渐融入人们的生活,使人们享受到科技带来的便利。复杂多变的应用环境对于电子设备的电源提出了新的需求,即非接触式的无线电能传输。因此,人们对于无线电能传输的研究和应用给予了极大的关注。本... 详细信息

随着科学技术的快速发展,新型电子设备逐渐融入人们的生活,使人们享受到科技带来的便利。复杂多变的应用环境对于电子设备的电源提出了新的需求,即非接触式的无线电能传输。因此,人们对于无线电能传输的研究和应用给予了极大的关注。本文对几种无线电能传输模式进行了简单介绍。在中距离电能传输上主要介绍了磁耦合谐振式无线电能传输的原理及研究现状。相比目前应用较广的磁感应式无线电能传输技术,磁耦合谐振式无线电能传输技术传输距离相对较远,具有较为广阔的应用前景。本文首先针对磁耦合谐振式无线电能传输系统发射模块的核心部件功率放大器进行选型分析,对几种功率放大器的原理进行了简要介绍。本文采用E类功率放大器设计高频功率电源。其次,为了提高磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率与稳定性,需要减少MOS管自身的损耗。本文在设计过程中考虑功放管寄生电容的影响,将非线性寄生电容引入设计过程中,优化了E类功放设计参数,并加入了3次谐波抑制电路,降低了开关MOS管被击穿的风险,提高了功率放大器的效率。最后,利用ADS射频仿真软件验证了理论参数与设计的正确性,设计了一款工作频率为8MHz输出功率约5W的E/F类功率放大器。利用16MHz有源晶振和D类触发器设计了功放控制信号电路。经过测试,当功放输出功率为4.3W-5W时,效率均达到80%以上,当输出功率为4.6W时达到最大效率85%。最后搭建磁耦合谐振式无线电能传输系统,在线圈距离1m处点亮3W灯泡。

关键词：磁耦合谐振无线电能传输 E功率放大器寄生电容

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磁耦合谐振式无线电能传输相关技术的研究

磁耦合谐振式无线电能传输相关技术的研究

作者：于鹏亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输距离较远、效率较高、功率较大等优点,应用前景广泛。但是,在实际的磁耦合谐振式无线电能传输系统中仍然存在着诸多问题以待解决,例如逆变源转化效率低,耦合线圈参数设计等带来的整体传输效率过低... 详细信息

磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输距离较远、效率较高、功率较大等优点,应用前景广泛。但是,在实际的磁耦合谐振式无线电能传输系统中仍然存在着诸多问题以待解决,例如逆变源转化效率低,耦合线圈参数设计等带来的整体传输效率过低以及因高频电磁场而带来的相关电磁污染等问题。源于上述,本文对电路拓扑、线圈参数以及高频逆变源进行了研究,同时提出了一种基于铁磁性金属与非铁磁性金属双层屏蔽的方法,以期在尽可能提高传输效率的同时尽量减少因为高频电磁场的存在而带来的电磁污染。本文具体研究内容如下:首先,对两线圈结构的串-串、串-并、并-串、并-并四种拓扑建立了相应的电路模型,通过回路电流法分别列写电路方程推导出了传输功率与传输效率的表达式,并通过Matlab配合PSIM进行了仿真,分别分析了传输功率与传输效率随着负载电阻、传输距离等因素的变化趋势。最后选择串-串拓扑结构,并通过Maxwell电磁仿真软件进行了线圈的建模,对相应的线圈参数进行了分析。并在此基础上分析了线圈匝数以及半径等参数与系统传输效率之间的关系。其次,对基于E类功率放大器逆变源的无线电能传输结构进行了研究,该逆变源具有结构简单、整体传输效率高,并且能够根据实际需求设计电路参数等优点,因此应用非常广泛。本文从E类功率放大器的原理及参数设计,到整体结构均进行了详细的分析,并通过PSIM仿真软件验证了该设计的正确性。然后,对基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的电磁屏蔽技术进行了研究,在基于单层铝板屏蔽的基础上提出了基于铁氧体与非铁磁性金属双层屏蔽的结构,解决了由于单层屏蔽带来的谐振点偏移导致传输效率大幅度下降的问题,并同时很大程度上降低了非电能传输区域磁场强度过大等电磁污染问题,并通过Maxwell软件仿真建模,分别建立了单层屏蔽、双层屏蔽以及加铁氧体条补偿的双层屏蔽等结构,通过对比分析验证了该屏蔽结构的有效性。最后,本文搭建了实验平台对基于E类功率放大器的无线电能传输系统加以实验验证,并在此基础上搭建了优化后的电磁屏蔽结构,在传输距离为100mm的情况下实现了68.6%的能量传输效率,而未加入屏蔽结构系统传输效率只有63.2%。同时降低了非工作区域的磁场强度,增强了工作区域的磁场强度,抑制了电磁污染。实验结果与仿真吻合,证明了电磁屏蔽结构设计的合理性。

关键词：磁耦合谐振逆变器电磁屏蔽