摘要：针对目前单管逆变无线电能传输(IPT)系统无法通过开关频率的切换实现由恒流输出(CCO)到恒压输出(CVO)转换的问题。该文提出一种用于单管电路(SSC)的P-CLCL补偿网络。所提P-CLCL高阶恒流恒压补偿网络可使单管电路在开关频率为f_(CC)时输出恒流,在开关频率为f_(CV)时输出恒压,解耦了输出与负载的关系。该文还利用互感等效模型对系统进行建模,并分析该补偿网络在恒流输出及恒压输出时需要满足的电路参数条件;利用傅里叶分解详细给出一套适用于单管电路的等效不对称输入电压源波形的分析方法;在综合考虑零电压开通(ZVS)的实现、软开关裕度、开关管耐压大小的情况下,利用"Mathcad"画图的方法给出一套一次侧补偿电容的设计流程。最后,搭建一台25.2W的P-CLCL实验样机,通过仿真和样机的开闭环实验验证了理论分析的正确性。

摘要：传统无线电能传输电路多采用全桥或半桥逆变拓扑,该拓扑电路及控制方式相对复杂、可靠性较低;单管LC谐振逆变电路具有结构简单、无直通问题、可靠性高、可实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS)等优点。但是由于LC谐振的影响,该拓扑开关管耐压较高,普通Si器件无法满足需求。为此,该文研究一种基于碳化硅(silicon carbide,Si C)器件的单管LC谐振逆变无线电能传输系统。采用互感等效的方式,给出参数详细设计方法;搭建基于Si C器件的单管无线电能传输平台,通过实验比较电路采用Si C器件和采用Si器件在驱动特性、输出特性、负载特性和效率特性上的不同,验证将Si C器件应用于单管逆变无线电能传输电路的可行性。

摘要：为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题,提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路,推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系;其次对平面环形线圈进行等效建模,得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式;然后在特定接收线圈下,利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系,并在自动导引车的充电距离下,优化设计了发射线圈的内外半径;最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明,优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率,从而验证了所提设计方法的正确性。

摘要：传统ICPT系统中,松耦合变压器的发射线圈(Tx)尺寸与接收线圈(Rx)尺寸的最优匹配参数的求取,一般通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感,并辅以大量实验来获得,既缺少理论依据又浪费人力物力。针对这一问题,提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Tx和Rx尺寸最优匹配参数的设计方法。首先求取单管逆变ICPT系统之原边并联副边并联(PP)结构下的系统去耦等效电路模型,据此推导出Rx上的电流密度与互感、系统传输功率及效率的关系;据此利用有限元仿真软件对Rx线圈电流密度随Tx线圈内外半径变化的规律进行了仿真,对Rx线圈电流密度及磁耦合线圈互感值随Tx线圈内外径半径变化的规律进行了仿真,并对Rx电流密度与互感变化对应的规律进行了对比。综合仿真结果确定了松耦合线圈最优尺寸下,Tx与Rx外径比值,该参数与企业通过实验总结出的经验值相吻合。

摘要：无线电能传输系统中的松耦合变压器在工作过程中,由于电磁干扰降低了系统接收电路和发射电路的可靠性,并对周围的生命体安全造成一定的影响。为此基于1kW无线电能传输系统优化设计了四种松耦合变压器用屏蔽层结构和尺寸,利用有限元仿真软件分别对比分析了发射线圈下方10mm处水平位置和线圈外150mm处竖直位置的屏蔽效果,在保证发射电路可靠性及生命体安全的前提下,从圆盘型、圆环型及扇型屏蔽层中,优化出带边沿扇型的屏蔽层;以圆环形屏蔽层为例,分析了内、外沿延伸距离对屏蔽效果的影响,并优化出向内、向外延伸的最佳距离,优化设计了扇型屏蔽层的填充比。最后搭建了系统实验平台,对部分屏蔽层进行了实验验证。

摘要：针对目前矿山井下利用有线方式给巷道LED灯供电时更换灯具存在的不方便以及安全性问题,本文研究了一种巷道LED灯的无线供电装置。设计了单管逆变无线供电主电路,基于互感等效模型详细分析了单管等效电路的工作模态,对输入补偿网络的瞬态电压进行了正弦拟合,分析了单管逆变电路的恒流特性。对电压增益以及电路软开关的实现进行了详细的分析,最后通过实验验证了单管逆变无线供电电路的恒流特性。

摘要：为了提高无线电能传输系统的传输效率,本文对发射线圈与接收线圈的尺寸匹配关系进行分析,提出一种给定参数下的线圈优化设计方法。首先建立PS型单管逆变ICPT系统等效模型,将传输效率问题转化成强耦合系数的问题。然后以平面螺旋线圈为例,推导出强耦合系数的计算方法,构造了强耦合系数与耦合线圈尺寸和传输距离之间的目标函数,根据该目标函数和约束条件得到强耦合系数最大时各参数的尺寸匹配关系。最后结合巡检机器人的充电距离和接收线圈尺寸,推得发射线圈尺寸并绕制线圈进行实验验证,对线圈优化前后强耦合系数和传输效率的变化进行了分析。实验结果表明优化后系统传输效率明显提高,验证了设计方法的正确性。

摘要：传统的感应耦合电能传输（ICPT）系统中，松耦合变压器接收线圈Rx的半径与发射线圈Tx到接收线圈Rx之间的距离h的最佳比例系数，即径距比），的求取，是通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感值，并辅以大量实验来获得的。针对这种缺少理论依据并浪费人力、物力的问题，本文提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Rx半径与h比例系数的最佳值的设计方法。首先求取单管ICPT系统之一次侧并联、二次侧并联（PP）结构下的系统去耦等效电路模型，据此推导出Rx上的电流密度和互感M、系统传输功率的关系；并通过公式分析，确定Rx电感L1与Tx电感三：的比值a和系统的耦合系数A的取值，来确定在不同频率下厶和三：的值，从而建立仿真模型，利用有限元仿真软件对），的最优值进行研究。相比于通过线圈互感值来优化线圈的方法，本文中的电流密度可以通过软件直接观测到，形象而且直观，节省时间和成本，有效提高设计效率。综合仿真结果确定了松耦合线圈最佳径距比γ，该参数与企业通过生产实践总结出的经验值相吻合。

摘要：为了解决巡检机器人无线充电时两耦合线圈偏移导致耦合系数下降速度过快的问题,提出一种发射和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立感应耦合式电能传输系统等效模型,得到传输效率与线圈互感和内阻的关系,并利用有限元仿真软件得到圆形和方形线圈间耦合系数在不同偏移失调情况下的变化曲线。然后推导出圆形线圈间耦合系数与半径比和距径比的关系,根据该关系和限定条件得到优化后圆形和方形线圈尺寸。最后绕制线圈进行实验验证,对比发射线圈优化前后对耦合系数和传输效率的影响。实验结果表明:优化后线圈可以明显减缓耦合系数的下降,提高系统传输效率,验证了所提设计方法的正确性。

摘要：针对单管感应耦合电能传输(ICPT)系统在动态非线性负载突变时开关管电压、输出电压的稳定性问题,详细研究了具有一次侧并联二次侧串联(PS)补偿网络的单管ICPT系统的参数优化问题。比较了分别具有一次侧并联二次侧并联(PP)补偿网络与PS补偿网络的单管ICPT系统的特点;画出了所研究系统的一、二次侧等效电路,利用互感等效模型法对该系统进行了建模分析,推导了系统的电压增益、输出功率、效率等表达式,画出并分析了电压增益、输出功率、开关管峰值电压在不同参数变化下随工作频率变化的曲线;最后完成了系统参数的优化设计,使系统在软开关控制下得到了最大功率输出,实验验证了设计的正确性。