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磁耦合谐振式无线电能传输系统

发布时间:2020/10/31 21:20:51 访问次数:1624

技术利用线圈之间近磁场的磁谐振耦合来传输电能,搭建的系统为磁耦合谐振式无线电能传输系统(MCR-WPT),可以在中短距离传输上达到很高的效率,具有可穿透非磁性障碍物、电磁辐射小等优点,主要用在电动汽车、消费类电子产品以及人体植入式医疗器械的充电应用中。

传输结构作为制约电能传输的最直接机制,一直是值得人们研究的热点;特别是当传输网络中线圈个数比单发射-单接收无线电能传输系统要多得多时,传输网络中的发射端、中继和接收端的传输结构个数随线圈个数增加而增加,此时传输结构越显得重要。

对于不同传输结构,从系统的动态负载工作模式角度分析输出电压与负载电阻之间的关系以及系统稳频稳压特性,得出采用SP、PS传输结构的系统比采用SS、PP传输结构的系统具有更好的输出电压特性;对4种传统传输结构的系统总阻抗、发射接收回路电流和功率与相应的额定参数进行比较分析.

两个线圈各项参数一样,都是由线径1.5 mm的漆包铜线紧密绕制而成的圆形线圈,线圈直径16 cm,电感值约为43.7 μH,工作频率约为180 kHz;两线圈同轴放置。实验中RL=20 Ω,VS=5 V。本文研究在保证电路以最大功率传输的情况下不同传输结构与传输功率和传输效率的关系。首先进行SS与SP传输结构实验验证,设SS与SP的传输功率比为PSS/PSP,PP与PS的传输功率比为PPP/PPS。为测试方便,各传输结构中,收发线圈保持等距及同轴。

4种发射接收系统模型进行传输功率和效率的理论分析和研究,同时提出一种综合评价系统性能的方法,对不同模型的传输功率和效率的变化进行对比分析。通过数值仿真和实验结果表明,SS型更适合于磁谐振耦合式无线电能传输系统,且SS和SP的抗干扰性能比PP和PS更好。

由功率与电压的关系P=U2/(2R)可得,两负载电压比关系满足:

负载电压波形比较USS/USP>1,UPS/UPP>1,说明在各负载电压大小比较上得出SS的传输功率比SP的传输功率要大,PS的传输功率比PP的传输功率要大。本文对两线圈的耦合状态及噪声未作更具体的研究,PS波形发生畸变主要是电源高频噪声造成,但最终实验结果基本不受影响,这也说明了SS和SP的抗干扰性能比PP和PS要好。

经过进一步的实验与计算得出,在系统的一系列不同工作频率时,各系统综合性能评价分数的实验测量结果值与理论值的对比实验数据与数值分析结果基本上能很好地吻合,这样的实验结果完全可以对理论分析进行验证。当系统工作在谐振频率180 kHz点时,系统可以实现最大功率传输;不同传输结构对应的系统综合性能排序如下:DSS>DPS>DSP>DPP。


(素材来源:chinaaet和ttic.如涉版权请联系删除。特别感谢)



技术利用线圈之间近磁场的磁谐振耦合来传输电能,搭建的系统为磁耦合谐振式无线电能传输系统(MCR-WPT),可以在中短距离传输上达到很高的效率,具有可穿透非磁性障碍物、电磁辐射小等优点,主要用在电动汽车、消费类电子产品以及人体植入式医疗器械的充电应用中。

传输结构作为制约电能传输的最直接机制,一直是值得人们研究的热点;特别是当传输网络中线圈个数比单发射-单接收无线电能传输系统要多得多时,传输网络中的发射端、中继和接收端的传输结构个数随线圈个数增加而增加,此时传输结构越显得重要。

对于不同传输结构,从系统的动态负载工作模式角度分析输出电压与负载电阻之间的关系以及系统稳频稳压特性,得出采用SP、PS传输结构的系统比采用SS、PP传输结构的系统具有更好的输出电压特性;对4种传统传输结构的系统总阻抗、发射接收回路电流和功率与相应的额定参数进行比较分析.

两个线圈各项参数一样,都是由线径1.5 mm的漆包铜线紧密绕制而成的圆形线圈,线圈直径16 cm,电感值约为43.7 μH,工作频率约为180 kHz;两线圈同轴放置。实验中RL=20 Ω,VS=5 V。本文研究在保证电路以最大功率传输的情况下不同传输结构与传输功率和传输效率的关系。首先进行SS与SP传输结构实验验证,设SS与SP的传输功率比为PSS/PSP,PP与PS的传输功率比为PPP/PPS。为测试方便,各传输结构中,收发线圈保持等距及同轴。

4种发射接收系统模型进行传输功率和效率的理论分析和研究,同时提出一种综合评价系统性能的方法,对不同模型的传输功率和效率的变化进行对比分析。通过数值仿真和实验结果表明,SS型更适合于磁谐振耦合式无线电能传输系统,且SS和SP的抗干扰性能比PP和PS更好。

由功率与电压的关系P=U2/(2R)可得,两负载电压比关系满足:

负载电压波形比较USS/USP>1,UPS/UPP>1,说明在各负载电压大小比较上得出SS的传输功率比SP的传输功率要大,PS的传输功率比PP的传输功率要大。本文对两线圈的耦合状态及噪声未作更具体的研究,PS波形发生畸变主要是电源高频噪声造成,但最终实验结果基本不受影响,这也说明了SS和SP的抗干扰性能比PP和PS要好。

经过进一步的实验与计算得出,在系统的一系列不同工作频率时,各系统综合性能评价分数的实验测量结果值与理论值的对比实验数据与数值分析结果基本上能很好地吻合,这样的实验结果完全可以对理论分析进行验证。当系统工作在谐振频率180 kHz点时,系统可以实现最大功率传输;不同传输结构对应的系统综合性能排序如下:DSS>DPS>DSP>DPP。


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