摘要：为了解决MC-WPT系统中磁耦合机构参数设计缺乏系统性的优化方法问题,以2个平面螺旋线圈构成的电磁耦合机构作为研究及优化对象,针对LCC-S型WPT系统,提出一种磁耦合机构参数多目标优化方法。以线圈半径、传输距离和线圈匝数3个耦合机构几何参数作为决策变量,以系统传输效率、传输功率与总谐波畸变率为目标函数,利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对MC-WPT系统进行优化,得到了3个目标函数的Pareto解集。最后,将优化后的参数带入MATLAB/Simulink仿真模型中对系统进行仿真,并搭建了一套实验装置进行实验验证,仿真和实验结果证明了提出的多目标优化方法的可行性和有效性。研究提出的MC-WPT系统磁耦合机构参数多目标优化方法能够为MC-WPT系统耦合机构参数的设计提供理论性指导。

摘要：建立磁耦合机构与系统电气参数的函数模型,以能效特性作为主要目标,以磁耦合机构的结构特性及频率特性作为约束条件,提出一种具有普遍适用性的磁耦合机构设计流程。并以该文所提出的一种新型磁耦合机构为例,通过线圈组合的方式,配置相应的磁心结构,在保证能量传输距离的前提下,有效增加了系统的可充电区域。借助有限元电磁仿真平台得到相应数据及实验测量数据,证明了流程的合理性。

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。

摘要：针对传统物流行业分拣物品效率低,存在一定安全隐患等问题,提出了一种直线型Halbach阵列线圈结构,并对其进行了结构优化,设计出一种Halbach阵列线圈,并将其应用于无线充电式分拣机器人系统。该线圈能有效提高线圈间的电能传输效率。首先,建立了无线电能传输(WPT)磁耦合机构数学的模型,分析了传输效率与接收端线圈接收的磁感应强度、磁通量以及电压的关系;然后,通过COMSOL有限元仿真软件搭建了不同的磁耦合线圈结构模型,比较分析了磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响;最后,搭建了系统试验平台,对磁耦合机构的优化方案进行了验证。试验结果表明:所设计的Halbach阵列线圈结构传输效率更高,更适合对分拣器机人进行无线充电。

摘要：无线充电系统(wireless charging system,WCS)可以提升充电装置的便捷性与安全性。针对快速且准确地优化设计叠层线圈式磁耦合机构(solenoid and double D pads,SDDP)参数问题,采用正交试验法及磁场仿真软件,研究了正交试验法优化叠层线圈式磁耦合机构参数的效果,给出了优化过程及磁耦合机构优化后的仿真结果分析。结果表明,采用正交试验法对叠层线圈式磁耦合机构的匝数配比进行优化设计,所需仿真次数由256次减少至16次,节省了时间与人力成本,且优化后机构具有良好的抗偏移性能:沿x方向单轴偏移180 mm过程中,互感波动范围为-20%~10%,沿y方向单轴偏移120 mm过程中,互感波动范围为-20.4%~18.9%。

摘要：针对当前磁耦合机构多目标优化计算量大、计算时间长等问题,本文提出了基于解析表达式和NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法。首先推导了磁耦合机构电气参数和性能参数的解析表达式。在此基础上,以磁耦合机构的尺寸、匝数、匝间距为变量,以传输功率、器件电气应力、绕线可行性为约束条件,以传输效率和功率密度为优化目标,建立了磁耦合机构多目标优化的数学模型。然后,采用NSGA-Ⅱ算法对该数学模型进行求解,得到了一组Pareto最优解集,通过分析各个目标函数的权重,在最优解集中选择一组参数用于设计参考。该设计方法不需要反复的有限元仿真计算,大大减少了计算时间,优化结果证明了该方法的有效性。

摘要：本文研究含平板型磁心的磁耦合机构磁心厚度对电感的影响,建立磁心厚度对电感影响的解析模型。基于作者团队在前期研究中的等效磁路划分与磁阻计算,本文给出磁心磁阻的计算公式,对比之前不考虑磁心磁阻的磁路模型,给出新的考虑磁心磁阻的磁路,得到磁心厚度对电感的解析模型。结合线圈电流计算磁心临界饱和的厚度,给出磁心厚度设计下限。有限元仿真研究表明,本文提出的模型与有限元仿真结果吻合。根据该模型结合双LCC电路拓扑进行优化设计,最终制作出一台3.3kW的无线电能传输样机,其传输功率和效率均满足设计要求,验证了该设计优化方法的正确性和适用性。

摘要：在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,针对线圈间水平方向偏移时互感骤降而导致的系统运行稳定性问题,本文设计了一种具有高偏移容忍度的对称反向串联线圈(symmetrical reverse series coil,SRSC)磁耦合机构。SRSC结构的接收线圈采用两个同心圆形线圈反向串联连接,在没有额外增加任何谐振补偿网络和辅助控制装置的情况下,能够大幅度提高系统在任意水平方向上的偏移容忍度。本文首先提出一种空心圆形线圈在偏移工况下的互感计算方法,然后分析SRSC磁耦合机构的结构特性和互感特性,并提出一种基于恒定互感的磁耦合机构优化设计方法。仿真和实验结果验证了理论计算分析的正确性,SRSC结构能够有效解决无线电能传输系统线圈水平方向偏移的互感剧烈波动问题,使系统在发射线圈外径50%偏移范围内仍能保持高效运行,提升了系统的稳定性。

摘要：基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。

摘要：基于磁耦合共振原理,设计了一套采用平板磁心结构的变负载恒流充电无线电能传输系统。利用等效电路模型分析影响传输功率、系统效率和充电电流的主要因素。根据超级电容恒流充电过程中等效负载电阻动态变化规律,采用不同阻值的功率电阻模拟其充电特性。首先,分析二次侧Buck变换器对充电电流的调节作用,得到占空比与充电电流的关系,采用PI控制算法实现变负载的恒流充电;其次,通过理论分析和仿真实现磁耦合机构参数优化设计;最后,搭建系统实验平台对系统设计方法进行验证。在传输距离为15cm且负载电阻为0.5~5?时,实现29A的恒流充电。当负载电阻为3.2?时,系统效率和传输功率分别为87.7%和2.58k W。