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磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究

磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究

作者：杜博文湖南工业大学

学位级别：硕士

无线电能传输技术是最近新能源研究领域的一个热门课题,相对于传统的有线电能传输技术,无线电能传输技术具有:减少损耗、灵活使用、提高安全性等特点。目前主流的无线电能传输技术有三种:电磁波式传输、感应耦合式传输和磁耦合谐振式传... 详细信息

无线电能传输技术是最近新能源研究领域的一个热门课题,相对于传统的有线电能传输技术,无线电能传输技术具有:减少损耗、灵活使用、提高安全性等特点。目前主流的无线电能传输技术有三种:电磁波式传输、感应耦合式传输和磁耦合谐振式传输,磁耦合谐振式传输方法与前两种相比较,在传输距离、传输效率和安全性方面具有较大的优势,所以此传输方式受到了国内外研究人员的重视,磁耦合谐振式无线电能传输系统具有着良好的发展前景。本文将双倍频逆变电路应用到了小功率磁耦合谐振式无线电能传输装置中,提高了无线传输系统的传输性能,并与传统全桥逆变电路进行了对比分析,具体研究内容如下:(1)首先对磁耦合谐振式无线电能传输系统的工作原理、拓扑结构和等效电路进行了详细介绍。运用电磁场理论将耦合磁场分布划分为近区场和远区场,磁耦合谐振式无线电能传输的范围分布在近区场;运用耦合模理论分析可以得出当两个谐振线圈的谐振频率相同时系统可以达到最大传输效率。(2)其次对磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性进行了研究。分析了两种常用的谐振拓扑结构(串串结构和串并结构),运用MATLAB仿真软件分别对两种结构的传输功率、传输效率与传输距离、传输频率之间的关系进行了对比分析,选用串并结构作为此次磁耦合谐振式无线电能传输装置的谐振拓扑结构,并且对谐振线圈的绕法特性、谐振线圈内部特性和趋肤效应进行了分析。(3)最后对磁耦合谐振式无线电能传输装置的硬件电路进行了设计。分别对双倍频逆变电路、控制电路、整流电路和稳压电路进行了器件的选型和参数的设计;运用MATLAB仿真软件对双倍频全桥逆变电路和传统全桥逆变电路进行仿真,通过对比分析证明了双倍频逆变电路比传统全桥逆变电路在磁耦合谐振式无线电能传输系统中应用性能更佳;然后做出了小功率的磁耦合谐振式无线电能传输装置进行了实验验证。

关键词：无线电能传输双倍频磁耦合谐振串并结构

磁耦合谐振式无线充电系统充电特性与辐射EMI特性研究

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磁耦合谐振式无线充电系统充电特性与辐射EMI特性研究

作者：陈涛南京师范大学

学位级别：硕士

随着电动汽车充电技术的不断发展,人们提出了充电方式灵活方便、充电设备外表美观、设备方便携带等更高的要求。促使磁耦合谐振式无线电能传输系统的蓬勃发展,从而让众多电器设备摆脱繁杂的线缆约束,最终得以完成电能的无线传送。本课... 详细信息

随着电动汽车充电技术的不断发展,人们提出了充电方式灵活方便、充电设备外表美观、设备方便携带等更高的要求。促使磁耦合谐振式无线电能传输系统的蓬勃发展,从而让众多电器设备摆脱繁杂的线缆约束,最终得以完成电能的无线传送。本课题主要研究的就是谐振耦合式无线能量传输的辐射特性与无线充电系统的耦合机理,首先建立谐振耦合式无线能量传输技术的基本电路模型,以3.3kW无线充电系统为实验对象,建立等效谐振线圈辐射EMI噪声模型,于辐射暗室中搭建充电实验平台,进而分析辐射EMI噪声的近场辐射特性。具体内容如下:(1)分析了耦合谐振式无线充电系统的传输理论。比较了两种无线充电模式感应式和谐振式的传输方式的相似点与传输距离的不同。重点对耦合谐振式无线充电系统的电路理论、线圈互感模型以及基本谐振电路对比分析其应用场景;(2)开展了谐振式无线电能传输系统分析与设计。设计分析磁耦合谐振式无线充电系统的硬件电路结构,通过对谐振电路对比分析,选择LCC补偿电路作为电动汽车无线电能传输电路拓扑。运用Pspice电路仿真软件对谐振系统的Boost电路进行仿真验证。(3)进行了谐振式无线电能传输系统线圈辐射EMI电磁仿真。分析了磁耦合谐振式无线充电系统电磁辐射EMI噪声生成机理,结合CST电磁仿真软件,提出了适用谐振式无线充电系统电磁问题的场路结合模型,为后续的研究奠定理论基础。(4)建立了谐振式无线电能传输系统硬件电路及辐射实验。以典型的3.3kW磁耦合谐振式无线充电系统作为实验平台,并连接系统各部分搭建硬件电路,同时进行不同负载和传输距离下的辐射EMI特性实验,验证了理论仿真的正确性和充电线圈的辐射特性。

关键词：非接触电能传输辐射干扰磁耦合谐振

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一种抑制自发自收的非接触式磁耦合收发装置

传感器与微系统 2011年第7期30卷 123-125页

作者：陈中江于海滨刘敬彪杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018

为解决水下通信双方位置不确定时的短距离通信问题,设计并实现了一种采用磁耦合技术的水下非接触式收发装置,该非接触磁耦收发装置采用ASK调制方式发送,包络检波解调,并利用C8051F020来抑制自发自收现象从而实现半双工通信。实验表明:... 详细信息

为解决水下通信双方位置不确定时的短距离通信问题,设计并实现了一种采用磁耦合技术的水下非接触式收发装置,该非接触磁耦收发装置采用ASK调制方式发送,包络检波解调,并利用C8051F020来抑制自发自收现象从而实现半双工通信。实验表明:该收发装置成本低廉,简单便携,功耗低,实际应用性强,可以有效解决水下短距离非接触式通信问题。

关键词：水下磁耦合自发自收半双工

磁耦合机构拾取线圈平面金属的影响及其抑制方法研究

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磁耦合机构拾取线圈平面金属的影响及其抑制方法研究

作者：刘家鸣重庆大学

学位级别：硕士

随着磁场耦合无线电能传输(Magnetic field Coupled Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术在电动汽车、医疗器械、水下设备等新领域的不断拓展,MC-WPT技术在一些特殊金属环境下的应用问题亟需解决。航天器与潜水器等多采用金属外壳,MC-... 详细信息

随着磁场耦合无线电能传输(Magnetic field Coupled Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术在电动汽车、医疗器械、水下设备等新领域的不断拓展,MC-WPT技术在一些特殊金属环境下的应用问题亟需解决。航天器与潜水器等多采用金属外壳,MC-WPT系统耦合机构在壳体上镶嵌安装。考虑到金属壳体对结构强度的要求,壳体的开窗面积需要尽可能小,这使得耦合机构与壳体之间存在较强的耦合。而金属在磁场内会产生涡流效应,不仅在金属上形成涡流热损,还会影响传输性能,甚至导致系统失谐。目前关于金属对MC-WPT系统的影响已有较多研究,但大多是针对线圈之间出现的金属异物、线圈底部金属板或是耦合机构位于金属桶内的影响分析,尚未发现针对与线圈同一平面的金属对耦合机构参数与MC-WPT系统影响的研究。本文主要围绕与拾取线圈位于同一平面金属的影响及其抑制方法进行研究。文中在Comsol与Matlab软件平台建立了仿真模型,研究了与拾取线圈同一平面的不同材料、形状、位置、大小以及传输距离的金属对耦合机构线圈参数及系统传输性能的影响规律;基于上述规律,提出了一种能够抑制拾取线圈平面金属影响的带抑制线圈的耦合机构,通过对其磁场、电路和抑制线圈绕制方法分析,以拾取线圈平面金属对系统传输性能的影响最小为目标,给出了带抑制线圈耦合机构的参数设计方法;为了在确保输出功率不降的情况下,提高系统在不同材料的金属环境下的传输性能,选用带约束的多目标遗传算法NSGA-II对MC-WPT系统参数进行优化,给出了系统参数优化结果,进一步抑制拾取线圈平面金属对使用带抑制线圈的MC-WPT传输性能的影响。最后设计电路并搭建实验装置,实验验证了与拾取线圈同平面金属的对耦合机构参数与系统的影响规律,然后实验对比在铁合金与铝合金影响下,有抑制与无抑制的耦合机构参数与系统传输性能,实验结果显示无抑制线圈的系统在金属出现后效率降低约20%,而带抑制线圈的系统传输效率仅降低约3%,证明了带抑制线圈的耦合机构对金属的影响具有明显的抑制效果。同时,按参数优化结果重新搭建谐振网络,实验验证了基于NSGA-II的系统参数优化方法对传输性能的改进,优化后的系统参数在铝合金与铁合金环境下,效率分别比优化前提高了3%与4%且输出功率在不同金属环境下较优化前更稳定。

关键词：无线电能传输系统磁耦合金属影响耦合机构

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一种新颖的磁耦合式无源无损吸收电路

电力电子技术 2005年第1期39卷 51-52,69页

作者：邓衍平谢运祥陈坤鹏龚臣华南理工大学广东广州510640

文中利用磁耦合原理,将变换电路中的电感改为耦合电感,在耦合电感的二次绕组上获得一个受开关管控制的电压源,为开关管创造准谐振软开关条件。为此,提出了一种新颖的磁耦合式无源无损吸收电路,将其应用于Boost电路中,并详细分析了该电... 详细信息

文中利用磁耦合原理,将变换电路中的电感改为耦合电感,在耦合电感的二次绕组上获得一个受开关管控制的电压源,为开关管创造准谐振软开关条件。为此,提出了一种新颖的磁耦合式无源无损吸收电路,将其应用于Boost电路中,并详细分析了该电路的工作原理。计算机仿真和实验结果表明,采用这种吸收电路后,开关管能够实现零电流开通和零电压关断,减小了关断损耗,提高了电路的总体效率,尤其是在重载情况下,增加吸收电路可以使变换器效率提高8%左右。

关键词：吸收电路/升压电路软开关无损吸收磁耦合

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磁耦合谐振无线电能传输系统的能效特性分析

磁耦合谐振无线电能传输系统的能效特性分析

作者：罗昌胜湖南工业大学

学位级别：硕士

无线电能传输是一种通过电磁场实现电能传输的技术。目前,无线电能传输技术主要有3种:电磁感应耦合无线电能传输技术、磁耦合谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。其中,磁耦合谐振无线电能传输技术因为其在传输距离、传输穿透... 详细信息

无线电能传输是一种通过电磁场实现电能传输的技术。目前,无线电能传输技术主要有3种:电磁感应耦合无线电能传输技术、磁耦合谐振无线电能传输技术和微波无线电能传输技术。其中,磁耦合谐振无线电能传输技术因为其在传输距离、传输穿透性和安全性等方面的优点,成为了近几年研究的重点。本文基于LCC-S型谐振电路,对磁耦合无线电能传输技术展开研究,主要研究工作有:(1)介绍了磁耦合谐振无线电能传输系统的主要组成部分,并详细阐述了磁耦合谐振无线电能传输技术所用到的磁耦合理论、磁谐振理论和互感耦合电路模型。基于互感耦合电路模型,建立了系统的等效电路。(2)基于等效电路模型,从理论上分析了串串(SS)、串并(SP)、并串(PS)、并并(PP)四种结构的LC谐振电路,以及LCC-S型谐振电路的优缺点,并研究了各种谐振电路拓扑中,系统工作频率、传输距离、负载品质因数等参数对电路传输特性的影响,得出了LCC-S型谐振电路具有较大传输容量和恒流输出特性的结论。同时,在MATLAB/SIMULINK上对LCC-S谐振电路进行建模仿真,从仿真角度验证了LCC-S型谐振电路的电路特性。(3)通过对各部分电路拓扑的选取和关键器件的选型,完成磁耦合谐振无线电能传输装置的硬件设计。基于所设计的磁耦合谐振无线电能传输装置,分别在空载、半载、75%额定负载和满载四种工作状态下对装置进行实验。实验结果表明,所设计的LCC-S谐振型磁耦合谐振无线电能传输系统能实现较高效率的电能传输,并具有恒流输出特性。

关键词：无线电能传输磁耦合 LCC谐振

基于稀疏混沌多项式法的电动汽车无线电能传输效率不确定性量化

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：王天皓李博于全毅徐琳琳贾国强关珊珊吉林大学仪器科学与电气工程学院中国质量认证中心汽车部

本文提出采用子空间追踪稀疏混沌多项式法(SP-PCE)实现EV-WPT系统传输效率的不确定性量化。通过建立EV-WPT系统三维电磁学仿真模型，并合理的设置相关变量的分布类型，利用SP-PCE法计算得到表征EV-WPT系统传输效率不确定性的均值、方差... 详细信息

本文提出采用子空间追踪稀疏混沌多项式法(SP-PCE)实现EV-WPT系统传输效率的不确定性量化。通过建立EV-WPT系统三维电磁学仿真模型，并合理的设置相关变量的分布类型，利用SP-PCE法计算得到表征EV-WPT系统传输效率不确定性的均值、方差和概率密度曲线等统计特征参数，再进一步结合SP-PCE法和Sobol法进行全局灵敏度分析，获得随机输入变量对系统传输效率影响程度的量化指标，最后通过数值仿真实验验证本文所提出方法的准确性和高效性。从而为保证EV-WPT系统高传输效率及系统结构优化提供理论依据。

关键词：车辆工程无线电能传输磁耦合不确定性量化稀疏混沌多项式展开法全局灵敏度分析

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基于耦合模理论的磁耦合谐振无线传输分析

电力电子技术 2015年第10期49卷 55-57,61页

作者：李岳张强徐晨洋刘赞空军工程大学防空反导学院陕西西安710051

磁耦合谐振式无线电能传输利用近场区强耦合谐振实现能量的高效传输,具有效率高、距离远的优势。首先介绍了磁耦合谐振式无线电能传输原理,然后阐述了无线电能传输技术的理论基础,即耦合模理论,并基于该理论仿真研究了无线电能传输技术... 详细信息

磁耦合谐振式无线电能传输利用近场区强耦合谐振实现能量的高效传输,具有效率高、距离远的优势。首先介绍了磁耦合谐振式无线电能传输原理,然后阐述了无线电能传输技术的理论基础,即耦合模理论,并基于该理论仿真研究了无线电能传输技术高效传输的必要条件。在此基础上,研究了影响无线电能系统高效传输的因素,并提出了参数优化方法,最后与带中继线圈的磁耦合谐振系统的传输效率进行了对比,结果表明带中继线圈的系统的传能效率明显高于传统的无线传能系统。

关键词：无线电能传输磁耦合谐振

WPT系统磁耦合特性测量方法研究与装置开发

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电测与仪表 2019年第1期56卷 146-152页

作者：李榜陈为福州大学电气工程与自动化学院福州350000

在无线电能传输(WPT)产品的研发阶段,需要测量和评估发射线圈(TX)和接收线圈(RX)发生位置偏移时磁场感应强度(B)、耦合系数(k)和效率(η)的变化情况。设计了一套三维扫描定位的自动测量系统。通过上位机远程控制下位机和测量设备,可以... 详细信息

在无线电能传输(WPT)产品的研发阶段,需要测量和评估发射线圈(TX)和接收线圈(RX)发生位置偏移时磁场感应强度(B)、耦合系数(k)和效率(η)的变化情况。设计了一套三维扫描定位的自动测量系统。通过上位机远程控制下位机和测量设备,可以获得位置、磁耦合参数的数据。上位机将数据保存在Excel里,通过调用MATLAB脚本绘制的k、η或者B在空间平面上分布的三维图形。通过与多匝平面螺旋空心线圈的理论计算对比,验证了测量方法以及系统的精度及其可靠性。

关键词： WPT 磁耦合自动测量三维扫描系统