基于曲面柔性线圈的无线充电系统曲率角分裂抑制与性能优化

曲面柔性接收线圈可以很好地贴合柱形物体,如肢体、电机、导弹、火箭等,其结构特性扩展了无线电能传输技术在可穿戴设备以及其他民用或军用领域的应用。为提高不同穿戴人群或应用场合下设备无线充电的性能,该文通过理论计算、仿真和实验分析,研究曲面线圈接收的磁链与曲率角、收发线圈参数之间的关系,量化曲率角分裂发生的条件,探寻曲率变化时收发线圈的最佳参数。结果表明,通过保持线圈间适当的距离并且避免曲率角分裂的发生可以在很大程度上弱化线圈曲率变化引起的无线充电性能下降。同时,优化线圈参数让系统工作在临界分裂状态,可使系统获得最优的功率输出并保持不同弯曲程度下传输功率的稳定性。实验中通过优化设计的接收线圈在50°~130°范围内弯曲时,电流变化率最大值仅为4.3%。

新型三维组合式发射线圈的设计与实验

多维无线电力传输是胃肠道胶囊机器人发展的关键。为了解决新型胶囊机器人功能不断增加,而传统三维接收线圈占用内部空间过大的问题,本文提出了一种三维组合式发射线圈,能够通过调制通过各维线圈的电流来产生动态的三维磁场。本文首先介绍了无线供能系统的工作原理,然后对发射系统产生的空间磁场进行了有限元分析。最后利用搭建的实验平台进行实验,验证了仿真结果的准确性并确定了接收线圈感应最大接受电压的姿态。试验结果表明,当发射系统在中心点处产生相等的三维磁场分量时,负载接收能量超过630 mW。此外,发射系统附近边缘区域的位置稳定性超过80%,确保胶囊机器人能够平稳的运行。