无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型有源磁屏蔽结构

在电动汽车无线电能传输系统(WPT)中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。

基于容性屏蔽的无线电能传输系统有源磁屏蔽结构优化

为了改善无线电能传输系统中的磁场泄漏问题,本文提出了一种基于无源容性屏蔽的强耦合有源磁屏蔽结构。首先,在无源容性屏蔽的无线电能传输系统的基础上,设计了一种强耦合有源磁屏蔽线圈结构。其次,给出了此线圈的工作原理与设计方法,推导了数学模型以及等效电路模型。从理论出发解释了容性屏蔽和有源屏蔽的原理,并对屏蔽效果及传输效率受屏蔽线圈参数变化的影响作了分析。最后,结合得到的线圈参数,在所提线圈结构的基础上,设计出了一套电动汽车无线充电系统,通过理论计算、仿真和实验,对所提线圈结构和方法的有效性进行了验证。结果显示,该线圈结构在维持96%以上传输效率的同时,能够将系统的漏磁减少大约40%,实现了降低泄漏磁场和保持高传输效率的目标。

电动汽车无线充电系统电磁屏蔽结构设计理论与试验研究

为研究屏蔽结构对电动汽车无线充电系统的影响,基于屏蔽效能理论建立屏蔽体厚度与屏蔽体材料参数的关系模型。根据不同厚度、不同屏蔽材料的单层屏蔽体对磁场的屏蔽效果,对比数值解与解析解,初步验证了所建立的屏蔽体厚度模型的适用性,在此基础上,提出安全电磁环境下厚度最小的复合无线充电屏蔽体结构,并通过电磁试验进行了验证。结果表明,以0.05 mm的超薄硅钢和2.52 mm的铁氧体作为双层屏蔽结构时,磁场强度达到安全限值,且传输效率达到90.92%,相较于传统铁氧体和铝板复合屏蔽结构,该结构厚度减小了1.95 mm。

基于Halbach效应的磁屏蔽无线输电耦合机构研究

针对主动磁屏蔽需要设置额外激励源、被动磁屏蔽所采用的磁屏蔽材料价格昂贵等问题,在传统DD线圈结构基础之上,提出了一种基于Halbach效应的磁屏蔽无线输电耦合机构。首先,提出了具有磁屏蔽效应的无线输电耦合机构拓扑,基于耦合机构等效磁路模型,从理论上分析了其产生磁屏蔽效应的原理;其次,采用微元法推导了耦合机构在空间中任意平面的磁场强度表达式;最后,搭建实验平台,验证了耦合机构的无线输电性能及磁屏蔽效果。结果表明,Halbach效应线圈在保证输电效率与DD线圈基本一致的同时,能有效削弱耦合机构外的磁场强度,提高磁屏蔽效果。

无线电能传输带凸字环形有界磁屏蔽任意位置圆形线圈互感计算方法

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%。

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一个难题。为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了28%,且传输效率提升了近4%。

磁耦合谐振无线电能传输系统电磁屏蔽应用发展与研究综述

高自由度无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术的日益成熟标志着无接触式传能时代的来临,其高效性与安全性成为了时下迫切的发展需要。而电磁屏蔽技术可在保证WPT系统漏磁安全性的同时显著提高系统传输性能,因而具备广阔的发展前景。文中针对磁耦合谐振无线电能传输(magnetic coupling resonant WPT,MCRWPT)系统,全面综述当前系统中电磁屏蔽技术的研究现状与发展前景,分别从电磁屏蔽科学问题理论、方法、亟待解决问题进行讨论,同时针对电磁屏蔽技术现有的若干关键性问题,结合时下应用需要,给出明确的发展建议。文中对MCRWPT电磁屏蔽技术的综述性分析,可为其研究发展提供指导性建议与参考。

基于电磁耦合结构的谐振屏蔽及抗偏移性能研究

为了削弱无线充电系统周围空间的漏磁强度,并提高整个系统的抗偏移性能,本文针对圆形耦合结构提出了一种谐振屏蔽方法。首先,建立了系统等效电路模型,理论分析了传输效率和谐振屏蔽原理。采用控制变量与有限元仿真相结合的方法,优化屏蔽电流、屏蔽线圈匝数和位置,使得耦合结构的抗偏移性能提高了6.72%,同时,与传统铁氧体屏蔽方法做比较,所提方法提高了34.19%的屏蔽性能。最后,搭建了一套带有屏蔽线圈的耦合结构模型,利用LCR分析仪对所提方法进行了实验验证。

基于无线传感网络的隧道变形监测方法与应用

盾构隧道衬砌实际拼装过程中各块管片并非关于竖直线对称,为得到基于无线传感器的盾构隧道非竖直线对称衬砌结构变形的实时监测,基于无线传感网络的特点以及无线传感器的工作原理,结合有限元数值模拟结果和理论假设,分析各个管片变形特点,并以此为基础提出无线倾角传感器的盾构隧道衬砌水平收敛换算公式和隧道断面传感器最优安装位置,同时通过现场案例进行验证。结果表明:采用无线传感器的监测方法与人工监测在同一时间点所测值基本吻合,无线监测方法能有效地监控隧道掘进期间衬砌关键点位的变形情况,在隧道建设期间提供安全预警保障。

无线充电磁耦合器的屏蔽层优化设计实验平台

为减少无线充电系统的体积重量,增强磁耦合器的抗饱和能力,提出了一种由铁基纳米晶带材和铝板构成的复合屏蔽层,以电动汽车无线充电系统的磁耦合器为模拟对象,搭建实验平台并对所提结构进行验证。根据铁氧体与纳米晶带材的优缺点,用有限元法结合电磁场仿真软件Maxwell进行了静态参数测量实验、临近饱和厚度优化实验和效率分析实验。仿真与实验结果表明,所提出的纳米晶带材加铝板的屏蔽结构,在临近饱和状态下,体积可以减小到传统铁氧体屏蔽层的1/4,且当输出功率达到1.5 kW时,传输效率高达90.1%。所设计的实验平台具有丰富的拓展性,可广泛推广应用于电动汽车等多种无线充电领域。

电动汽车无线充电磁耦合器屏蔽层的优化设计

针对电动汽车车载无线充电磁耦合器体积和重量大、铁氧体易碎裂的问题,提出了一种由铁氧体磁片、纳米晶带材及铝箔构成的复合屏蔽层磁耦合器。通过Maxwell分别对铁氧体和四种纳米晶磁芯的性能进行分析和比较,在机器学习得出磁耦合器最优磁芯结构的基础上,优化设计了复合屏蔽层结构及各部分材料构成比例,与传统铁氧体磁片和铝板构成的磁耦合器相比,所提出的复合屏蔽层磁耦合器在减小了体积和重量的同时,互感和耦合系数分别提高了8.2%和0.7%,成本减小了47%。最后搭建了传输距离为12 cm的实验平台进行了验证。

一种新型滚刀无线监测节点设计

目前,盾构法是隧道建设的主要施工工具,安全可靠,对环境影响小。但是,盾构施工需要穿越复杂的水文环境,刀具磨损严重,经常需要停机更换刀具。因此,设计一种基于无线传输的滚刀监测节点,实现对滚刀磨损的实时监测,重点讨论无线滚刀监测节点的安装结构和实现方案等。

架空输电线路雷击监测系统

为解决电力输电线路雷电绕击与反击事故难以辨别的问题,提出在架空输电线路的绝缘子串悬挂金具处和杆塔横担下方竖杆处安装Rogowski型电流传感器,并根据2个传感器输出电流的极性关系判别绝缘闪络类型。以单片机为核心开发了输电线路雷击监测系统,线路监测终端通过无线接力传输模式与变电站监控主站传输数据;在输电线路遭受雷击时,发送雷击类型、杆塔位置等信息,自动形成雷击数据库。系统软件分为终端部分软件和变电站主控制室系统软件,终端软件采用C语言编程。该监测系统已在110kV线投入运行。

电磁屏蔽对无线充电系统的影响分析

在介绍电磁屏蔽理论的基础上,利用电磁场仿真软件HFSS,建模仿真分析了电磁屏蔽体的屏蔽效能及其对无线充电系统耦合效率的影响.通过屏蔽体外特殊点屏蔽前后的场强对比,分析屏蔽效能;通过仿真接收线圈内一点屏蔽前后的磁场强度变化,运用相关公式计算互感变化分析其对耦合效率的影响.分析结果表明:采取电磁屏蔽措施,不仅能减少系统对外界的电磁辐射干扰,而且能增大系统的耦合传输效率.实验结果证明了仿真分析的正确性.

无线电场测量仪电磁兼容性能分析

为了研究特高压直流传输线下的电磁环境,研制了1种无线电场测量系统。为了检测电场测量仪的电磁兼容性能,在30台样机上进行了试验。分析了电场测量仪电磁兼容性能检测的测试结果,并结合电场测量仪的工作环境和干扰途径对电场测量仪电磁兼容中易受干扰的环节进行了相应的改进。研究结果表明:电磁兼容试验项目中故障率最高的为射频电磁场辐射抗扰度试验和浪涌抗扰度试验,通过增加设备内部铜片的厚度,在设备电源端口增加瞬态抑制二极管和滤波器,可有效抑制电磁辐射和浪涌骚扰所产生的电磁干扰。

电动汽车无线充电系统磁场仿真与屏蔽技术研究

电动汽车无线充电系统工作过程中不可避免地会在车体周围产生一定的电磁辐射,这是用户对于电动汽车无线充电非常关注的一个安全问题。本文通过电路仿真和有限元仿真研究了千瓦级电动汽车无线充电系统额定工作时在车体内及充电装置周围产生的电磁场,进而对比了收发装置整体屏蔽和本文提出的只在发射端外沿施加水平或竖直屏蔽这三种屏蔽方式的屏蔽效果,研究结果表明:汽车底盘天然提供了较好的磁场屏蔽,车内电磁辐射较小;本文提出的在发射装置外沿加装水平屏蔽带的屏蔽方式,经济、高效、实用,适用于电动汽车无线充电系统。

电动汽车无线充电系统中电屏蔽对空间磁场的影响分析

在无线电能传输系统中,为了降低外界磁场对充电设备的干扰,提高整个系统的工作效率,通常在原边设备和副边设备中加入电屏蔽装置。该文建立有限元仿真模型,分析了电屏蔽对耦合机构周围空间磁场的影响。在实验中,搭建三维空间磁场测量系统,测量并绘制原边设备与副边设备背部三维磁场分布图。研究结果表明,电屏蔽有效地减少了原边设备与副边设备附近磁场的大小,起到了防止磁场扩散的作用。有限元仿真中的磁场分布情况与实际测量结果相同。该文中搭建的无线电能传输三维磁场测量系统能直观地显示空间磁场的分布情况,对无线电能传输装置设计和研发起到了辅助的作用。

基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析

为降低电动汽车无线充电耦合机构工作时对非工作区域内电磁环境的影响,并提高耦合效率,对电动汽车无线充电过程中空间电磁能量约束问题设计了一套带有屏蔽的能量耦合机构,建立了其有限元模型,有限元计算和实验结果验证了该方法的可行性。实验结果表明,耦合机构外加铁氧体屏蔽后,传能区域内的磁场被约束在发射耦合机构与接收耦合机构之间,空间磁场均匀性增强,屏蔽层之外的磁场强度远小于未加屏蔽的耦合机构,降低了辐射损耗,同时加入屏蔽结构耦合机构的电感量增大,谐振频率降低。其在远距离、水平偏移等耦合性差的工作环境下能有效提高系统传输功率,且能减少电动汽车无线充电对外界的电磁干扰,增强无线充电系统工作的稳定性。

渐变屏蔽层在传感器无线充电系统中的应用

针对传感器无线充电系统中屏蔽层过重、磁耦合结构温升的问题,提出了一种用于传感器无线充电系统的渐变型屏蔽层结构。传统的圆环屏蔽层可提升系统效率但也会降低系统的灵活性并拉高磁耦合结构的温升,渐变屏蔽层的应用可提升系统灵活性,减小温升和磁泄漏对传感器性能的干扰。通过仿真对采用渐变屏蔽层和圆环屏蔽层的系统的传输效率、磁屏蔽效果和温度分布情况进行比较。结果表明:应用渐变屏蔽层的系统效率增幅相对于应用圆环铁氧体的系统降低了15%,但其磁耦合结构重量降低了43%;应用渐变屏蔽层的磁耦合结构的稳定温升降低了17%,温度分布也更加均匀,提升了传感器无线充电系统的灵活性和安全性。

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。