摘要：水下无线电能传输系统受水流影响,原副边线圈会有一定的偏移。由于线圈磁心的存在,线圈相对位置的改变会使磁耦合结构参数发生变化,影响系统整体的谐振频率。当逆变器的工作频率与系统的谐振频率不一致时,会导致系统传输功率与传输效率的降低。在串联-串联拓扑无线电能传输系统的基础上,通过计算逆变器前直流母线电流与逆变器输出电压和电流间相角的关系,设计出相应的相角测量电路,并配合通用的梯度下降算法,提出磁耦合结构参数偏移条件下的在线零相角频率跟踪策略。通过一个200 W的无线电能传输系统验证所提方法的可行性和有效性,在30 ms的时间内实现系统的零相角跟踪,功率最高可提高16.24倍,同时效率提高了17.38%。

摘要：为了提高无线电能传输系统的工作距离范围和效率,提出一种基于谐振网络控制策略的无线电能传输系统方案。该方案采用谐振电容控制电路和谐振电感控制电路来实现系统谐振频率的自适应匹配,进一步,通过对线圈的结构进行重构,优化线圈结构设计,调节不同距离下的互感和耦合系数,提高工作距离范围及功率传输性能。为了验证系统方案的可行性,首先通过磁场仿真和电路仿真进行验证,然后搭建无线电能传输样机进行性能测试。测试结果表明,相比于通用的无线电能传输系统,所提方案工作距离范围增加了50%,全距离范围内效率显著提升。

摘要：增加中继线圈是提升无线电能传输系统性能的一种有效方法,但目前关于中继线圈位置的确定多数还是采用均分距离或经验选定。为了阐明中继线圈对系统性能影响的机理,基于二端口网路理论比较了典型两线圈耦合机构和中继式耦合机构的端口阻抗区别,采用有限元模型的动态扫频分析,总结了中继线圈相对位置变化对互感的影响规律,通过实验测试,验证了中继线圈相对空间位置对系统性能的影响,证明了理论和仿真分析的正确性。针对中继线圈位置特性的研究,对中继式无线电能传输系统的优化设计有一定的参考意义。

摘要：提出一种用于无线电能传输系统的S/CLC补偿拓扑。该补偿拓扑能够实现恒压输出、零输入相角以及零电压开关,最大输出功率也不受松耦合变压器参数的限制。从理论上分析S/CLC补偿拓扑的优点,并通过实验进行验证。考虑到松耦合变压器参数对无线电能传输系统的性能有很大影响,还仿真研究了圆形松耦合变压器的优化设计,根据优化结果制作了一个圆形松耦合变压器。该变压器的耦合系数和优化结果一致,证明了所提圆形松耦合变压器优化设计方法的正确性。

摘要：无线电能传输(WPT)系统具有高阶、非线性及强耦合的特点。为准确描述WPT系统动态响应,进而实现控制系统的优化设计与分析,该文以LCL-S电路拓扑为研究对象,利用广义状态空间平均建模方法得到WPT系统的大信号模型,在此基础上建立系统高阶小信号模型。同时,为简化系统控制器设计,采用拉盖尔多项式展开与平衡理论相结合的方法,对高阶小信号模型进行降阶处理,即将11阶系统降为3阶。仿真与实验结果表明,降阶系统与全阶系统具有相似的动态响应及小扰动稳定性,验证了降阶模型的有效性与准确性,为WPT控制系统的设计奠定了模型基础。

摘要：无线电能传输系统常用来为电池进行无线充电。为满足电池充电需求,提出一个能够实现恒流/恒压输出切换的无线电能传输系统,采用优化的LCC/S拓扑结构,仅需一个切换开关即可实现恒流/恒压输出切换,所提切换方法具有切换过程连续、切换开关电压应力小、全负载范围零电压开通等优点。分析了恒流、恒压补偿拓扑的输出特性,提出了综合考虑元件电压应力和系统损耗的松耦合变压器电气参数设计方法。为验证理论分析,搭建了输出功率范围为18~180 W的实验平台,所用松耦合变压器的外尺寸为200×200×10 mm ^(3),恒定输出电压为60 V,恒定输出电流为3 A,工作频率为85 kHz,传输距离为70 mm,恒压和恒流模式下系统最高效率分别为93.4%和90.5%。

摘要：互感是无线电能传输系统中的重要参数之一,精确计算互感可为无线电能传输设计及优化提供理论依据,然而目前带凸字环形有界磁屏蔽任意位置圆形线圈互感计算问题还未解决。该文提出空间边界矢量解析法对互感进行精确求解。此方法通过边界条件求解各区域磁矢势,利用空间矢量坐标变换法,结合诺依曼公式得到任意位置互感计算表达式。通过仿真和实验对所提公式的有效性进行验证,互感计算值和实验值之间误差最大为2.86%。互感计算值、仿真值和实验值吻合良好,验证了所提计算方法的正确性。该文所提模型结构,可为水下供电提供更灵活的布局,且在同等规格下,该模型结构相比传统圆盘形结构节省19.6%的材料,其除高角度偏转外互感可达到圆盘形互感的99%。

摘要：串串型谐振式无线电能传输系统(Wireless Power Transfer,WPT)工作在谐振状态下时,为了避免系统失谐,需要复杂的频率跟踪控制,而且当耦合互感M=0时,系统发射端串联谐振,发射线圈寄生电阻上会有较大的功率消耗,导致安全隐患。针对上述问题,设计WPT系统处于偏离谐振点工作模式,使激励源频率大于发射端和接收端的谐振频率,利用次级回路的反射容抗抵消初级回路的感抗,无需频率跟踪而且可以实现M=0时低功率输出。基于半桥逆变和E类功率放大器设计两套小功率WPT样机验证上述工作状态的有效性和普适性,实验结果表明偏谐振模式下M=0时WPT样机消耗功率小于2 W,M≠0时系统输出功率和效率随着M的增加而提高,可实现19. 1 W的功率输出和86. 3%的传输效率。

摘要：耦合机构是实现无线电能传输(WPT)系统高效可靠运行的核心部件,其高抗偏移性能是推动WPT技术应用与发展亟待解决的关键问题。传统耦合机构采用单一绕制线圈来适应不同的场景需求,存在抗偏移性能差、优化过程繁琐及不具普适性等特点。为此,该文结合紧密绕制线圈和松散绕制线圈各自磁感应强度的分布特点,提出一种组合串绕六边形线圈耦合机构的设计思路。在此基础上,运用电磁理论建立了所提耦合机构的互感和自感模型。以耦合机构的耦合系数为优化目标,以线圈自感和内外径、匝数、匝间距为其约束条件,运用遗传算法实现了线圈参数的自适应寻优。最后,搭建100W的实验样机验证了所提耦合机构及其参数优化方法的有效性。结果表明,耦合机构优化后其耦合系数和抗偏移性能都得以改善,提升了WPT系统的传输效率。

摘要：在无线电能传输系统中,磁耦合机构的设计优化对整个系统的性能至关重要。当前这一过程优化往往依赖于有限元仿真和经验优化,其仿真计算速度较慢,严重限制了优化效率。而现有的电感解析计算公式无法求解含有限大磁体的磁耦合机构电感。针对工程中大量采用的含有磁芯的磁耦合机构电感难以快速计算的问题,该文提出一种典型平板式磁耦合机构电感解析建模方法。该方法基于磁路分析、磁阻建模、参数定标与修正等,实现了磁耦合机构由几何参数到电感参数的快速映射。与有限元仿真相比,提出的解析模型提升了求解磁耦合机构电感的计算速度及磁耦合机构的优化效率。通过有限元仿真及实验,验证了该解析建模方法的精度和速度。