新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

为了进一步提高无线电能传输系统(WPT)的空间自由度,提出了一种新型类半球体状发射机构,从理论角度出发,利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性;建立阵列式三维电能传输系统仿真模型,分析不同控制方式下的磁场分布规律,分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能,并搭建了无线电能三维传输实验系统,对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明:新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输;在相同距离下,处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%,具有高均匀度磁场;该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。

基于双耦合线圈的无人机轻量化无线充电耦合机构设计

针对中大型无人机无线充电需求,设计了一种双耦合线圈无人机无线充电耦合机构,该耦合机构在满足无人机接收侧轻量化设计的同时,具有较高的传输能效与一定的抗偏移能力。双接收线圈安装在无人机双侧底部支架位置,双发射线圈安装在与无人机支架倾斜角度相同的梯形发射平台上,以减小无人机大范围偏移,同时采用顺向串联的形式,保证无线充电的均匀性。采用串联-串联S-S(series-series)补偿结构,运用有限元仿真,对比分析耦合线圈不同参数对传输效率的影响,以轻量化为原则对耦合线圈进行优化设计。通过搭建无人机无线充电实验系统进行验证,结果表明,该耦合机构可有效地对无人机电池以1.2 kW功率进行充电,传输效率为95.554%,无人机侧耦合机构质量为320 g,符合无人机耦合机构轻量化设计需求,且具有一定的抗偏移能力。

移动中继双向无线充电系统拓扑结构设计

移动中继无线充电系统可实现其与地面端电源和负载间的双向无线电能传输,使电能存储和充电更具便携性和灵活性,易于实现电工装备的无人化与智能化。作为新型无线充电系统,移动中继无线充电装置设计的重点和难点之一是电能的双向变换,因此提出针对移动中继双向无线充电的功率变换新型拓扑结构,设计具体参数,并进行仿真和实验验证。建立双向无线充电系统仿真模型,对不同互感、负载、输出功率下的系统进行仿真研究,并搭建了10 kW双向无线充电系统进行相关实验研究。仿真和实验数据吻合,进一步证明了所提拓扑结构及整体系统的正确性和可行性。