平面螺旋线圈电磁发射器磁场及发射体受力分析

平面螺旋线圈电磁发射器具有结构简单、推力大等优点。首先介绍了平面螺旋线圈电磁发射器的工作原理,给出了驱动线圈的磁场方程、发射体的涡流方程和受力方程。用有限元法对驱动线圈磁场和发射体的受力进行了仿真计算,并分析了驱动线圈载荷频率变化、截面形状变化和发射体位置变化对发射体受力的影响。仿真结果表明:驱动线圈的电流频率对发射体受力影响较大,电流频率越高,发射体受力越大;在驱动线圈载荷相同的情况下,方形截面的驱动线圈使发射体受到的电磁力较大。

平面螺旋线圈的无线电能传输特性研究

收发谐振体是无线电能传输系统的重要组成部分,它的性能直接决定了整个系统传输效率的大小。选择平面螺旋线圈作为收发谐振体,通过有限元仿真软件HFSS分析了线圈的属性(匝数、基板材料、层数等)对线圈参数的影响趋势,并分析了谐振体之间的能量传输特性,仿真结果表明了线圈之间的耦合因数比线圈Q值对传输效率的影响更大。最后综合考虑线圈的性能和制作成本,选择最优线圈作出实物并搭建无线电能传输装置,整个装置能够在线圈直径2.5倍的450mm距离内点亮15 W的LED灯泡,传输效率达到60%以上。

磁耦合共振无线能量传输系统中平面螺旋线圈的设计

采用基于矩量法的电磁仿真软件(FEKO)对平面螺旋线圈进行3D建模,并通过计算50 cm处的近场值,得出平面螺旋线圈的谐振频率,省略了传统方法对平面螺旋线圈电感量进行的复杂计算.根据仿真模型数据制作线圈,并测试其S11参数.实验与仿真结果表明,该方法可简化平面螺旋线圈的设计.在磁耦合共振无线能量传输系统中用19.3 MHz线圈传输能量,点亮了一组LED阵列,因此该设计可用于无线能量传输系统.

平面螺旋线圈电磁发射装置测速试验研究

鉴于电磁发射试验对简易测速装置的需求,设计了一种多层锡箔靶测速系统,实现了对平面螺旋线圈电磁发射装置所发射运动板速度的实时测量。在此基础上进行了可行性发射试验和稳定性发射试验,并对试验中所测量速度的误差进行了计算和分析。试验结果表明,测速系统多次重复测量的误差小于8%,满足设计要求。

电磁成形用平面螺旋线圈磁场分布特性研究

对平板毛坯电磁成形用平面螺旋线圈在电流激励下磁场强度的分布特性进行了研究，推导出磁感强度的计算公式，并用实验验证了其正确性。通过数值分析，给出了一系列描述平面螺旋线圈磁场分布特性的曲线，讨论了线圈结构对磁场分布的影响规律。

无线充电平面螺旋线圈变匝宽新方案分析与优化

平面螺旋形线圈由于其结构简单,在无线充电中应用最为广泛。品质因数是评判线圈性能优劣的一个重要参数。在对其线圈磁场分布特点深入分析的基础上,结合高频涡流损耗机理,研究磁场强度、频率、线宽等因素对绕组损耗的影响,并根据这些影响因素分析了等宽度绕组中损耗分布的不合理性,提出绕组各匝变宽度的新方案,在不增大线圈面积的前提下,有效降低了高频电阻,提高品质因数,并通过仿真对比了各种不同的变宽度方案。相比于一般的等宽度方案,采用沿从内半径向外半径方向先增加绕组宽度再减小绕组宽度的方案,线圈品质因数最大可以提升至25%,样品测试验证了变宽度方案的有效性。

一种基于PCB平面螺旋线圈的自补偿多中继无线电能传输系统设计

针对多中继无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统传输特性不明确,一体化中继线圈难以构建等问题,文中研究一种基于平面线圈的自补偿多中继WPT系统,可应用于高压输电系统数据采集模块供电等领域,能够有效提升传输效率。首先分析不同中继线圈个数条件下多中继系统在串联及其他补偿条件下的恒压或恒流输出特性;其次,阐明印刷电路板(printed circuit board,PCB)自补偿线圈中电感、电容参数设计方法;以优化线圈电阻为目标,提出一种设计PCB自补偿线圈的方法;最后,搭建一套基于PCB自补偿线圈、工作频率为1.67MHz、总传输距离为1.1m的多中继WPT系统实验平台。实验结果表明,所提方法能够有效改善多中继WPT系统性能。

无线电能传输的平面螺旋线圈优化

磁耦合线圈是无线电能传输中至关重要的一个环节,线圈品质因数往往是衡量线圈优劣的重要指标。基于一维线圈损耗模型分析了线圈宽度、高度和磁场强度等重要参数对损耗的影响。以此为基础,借助有限元仿真软件得到线圈磁场分布规律。首先对线圈采用渐变线宽的方案来优化线圈Q值,进一步采用将内3匝及最外匝线圈进行铜箔垂直置换的方案,优化内3匝及最外匝线圈的损耗。通过仿真与实验验证了方案的正确性。

平面螺旋线圈回扫变压器

介绍一种由多层平面螺旋线圈和印刷线路连接板构成绕组的新颖回扫变压器。平面线圈绕组由薄膜螺旋线圈和双面印刷线路连接板以及KAPTON绝缘片层叠加而成。简介样品装配工艺,并提出进一步优化结构的措施。

基于平面螺旋发射线圈的胶囊机器人无线供能系统的设计与优化

针对传统环绕式发射线圈的尺寸过大及穿戴不便等问题,文章提出了一种使用平面螺旋线圈作为发射线圈的胶囊机器人无线供能系统,有效地减小了发射线圈的尺寸,同时避免了穿戴不便的问题,提高了胶囊机器人无线供能系统的适用性。论文给出了系统的等效电路模型,研究了系统传输效率与系统参数的关系;对接收端线圈匝数进行了优化,提高了系统的传输效率;通过阻抗变换将负载的等效阻抗优化为最优负载。最后对基于该方案的无线能量传输系统进行了实验验证。结果表明,样机系统在10 cm传输距离下的传输效率达到了8.8%,传输功率超过了1 W。

空间错位圆形平面螺旋线圈互感计算

无线电能传输 (Wireless Power Transfer, WPT) 技术是基于一定方式实现无线传能,从而避免常规导线约束的技术。磁场耦合 是 WPT 技术中最早使用且最成熟的一种重要传输方式,要实现磁场耦合传输,需要两个导线圈之间建立磁场,利用电磁感 应定律,通过磁场进行能量传输。在一般的磁场取能过程中,两个线圈的位置可能将不再是理想的轴对称模型,而是有一定 的空间偏移与角度错位,从而导致线圈之间的互感系数有所变化。本文将研究单匝圆形细导线圈的相对位置对互感系数的影响, 给出两个导线圈之间更一般的互感计算公式,为今后研究多方位磁场取能提供理论计算基础。

青贮机铁磁性金属异物智能检测报警系统

[目的/意义]青贮机作业时,田间遗落的铁丝等铁磁性金属异物如果混入其喂入系统,将会对青贮机的关键零部件和牲畜脏器造成严重损伤。为了确保青贮机在田间作业时能准确、高效地检测出金属异物,本研究开发了一套性能优良的金属探测系统。[方法]首先分析了青贮机金属检测原理,然后对平面螺旋线圈与圆柱线圈进行了仿真计算,选择平面螺旋线圈作为研究对象,通过使用非支配排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)结合有限元仿真分析的方式,确定了线圈的线径、内径、外径、层数以及频率,并对弯曲线圈与未弯曲线圈以及阵列线圈进行了仿真计算。最后进行了系统集成,搭建了青贮机模拟试验台进行了模拟试验。[结果和讨论]仿真分析结果显示,平面螺旋线圈磁通密度模变化范围明显大于圆柱线圈,且其电感灵敏度、电阻灵敏度和被测物涡流损耗要明显高于圆柱线圈;另一方面,平面线圈弯曲后电感灵敏度、电阻灵敏度大幅度提高,有利于增强探测线圈的响应度。通过模拟台架试验,验证了该金属探测系统在探测距离小于70mm,对直径0.6 mm、长度20 mm铁丝报警率达到100%,且经过计算,系统响应时间为0.105 0 s,小于安全运输时间,系统可以在金属物到达切碎系统前及时停止。[结论]本研究设计出了一套青贮机金属异物探测系统,提出了一套金属探测线圈的优化方法,并开发了相应的金属探测软硬件系统,通过试验验证了金属探测系统的功能,为青贮机安全运行提供了有力技术支撑。

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈-薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。

基于螺线方程的MCR-WPT系统线圈设计

在磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)系统中,线圈作为能量中转的关键环节,其参数的设计决定了系统的传输效率,但目前仍然没有成熟完善的线圈设计方法。将平面螺旋线圈作为研究对象,采用阿基米德螺线方程,建立了精确的数学模型,分析了耦合线圈互感、自感、电阻与线圈几何参数的关系,得到了较为精确的计算方法。通过COMSOL进行仿真验证,在线圈匝间距较小时,各电量计算误差在5%以内。针对给定的限定条件,以线圈传输效率作为优化目标,通过Matlab求解出最优的线圈参数。最后,绕制实际的线圈并由实验测得其最大传输效率超过95%,证明了线圈设计方法的合理性。

无接触电力传输系统中耦合线圈的设计

介绍无接触电力传输技术的原理并探讨无接触电力传输系统中平面螺旋线圈的设计。平面螺旋线圈线圈沿直径分布比线圈集中在圆周耦合系数有很大的提高。

线圈间距对谐振式无线电能传输系统性能的影响

针对线圈间距是衡量无线电能传输距离的关键指标,研究了线圈间距对谐振式无线电能传输系统性能的影响.建立了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统模型和PCB平面螺旋线圈模型,通过Matlab仿真分析源线圈、发射线圈、接收线圈和负载线圈之间的距离对系统传输效率和输出电压的影响,并搭建实验平台对仿真结果进行了验证.结果表明,线圈间距对系统传输效率有显著影响,系统输出的负载电压随着发射线圈和接收线圈间距d23、源线圈和发射线圈间距d12的增大呈现先增大后减小的规律,选择合适的d23和d12可使系统输出电压达到最大值,而源线圈和发射线圈间距d34的增加则使得输出电压逐渐减小.因此,在系统设计中应尽可能使接收线圈和负载线圈靠近.

无线充电系统线圈电感解析计算方法及验证

在无线充电系统耦合线圈下方引入磁芯的基础上,通过理论推导,得到线圈电感和互感的计算公式。采用Ansys建立耦合线圈三维模型,通过仿真计算得到其电感值和互感值,绕制了无线充电系统耦合线圈实物,采用数字电桥对引入磁芯的线圈进行测试,得到其电感值和互感值并与计算值进行对比。线圈电感、互感计算值相对于有限元仿真值的最大偏差分别为9.0%、3.3%,线圈电感、互感计算值相对于测量值的最大偏差分别小于5.8%、13%,有限元仿真和测试验证了所提出的无线充电系统线圈自感互感计算方法的正确性。

扁平电感器的平面矩形螺旋线圈电感值的计算

文章论述了两种计算平面矩形螺旋状线圈电感值的方法，第一种方法是假设电流仅仅在线圈导体的正中央流动；第二种方法则是假设在整个线圈导体宽度内的电流分布是均匀的。第二种方法将使线圈电感值的计算明显地简化和改进。文章还讨论了平面矩形螺旋状线圈引入磁芯后对其电感值的影响，然后，将两种方法的计算值与实验室的实际测量值作了比较，以此验证了两种计算方法是正确的。

重复经颅磁刺激仪的优化设计

本文建立了RLC磁刺激仪模型 ,给出了模型参数计算方法。将磁刺激系统的性能指标分为三部分 :反映磁刺激仪输出性能的损耗能量 ;反映线圈输出性能的峰值磁能 ;反映线圈结构的几何变量。在给定磁刺激条件下 ,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的磁刺激仪和线圈输出性能值 ,从而 ,寻找最优的系统参数。优化结果表明 :线圈外半径和线的直径 (或截面面积 )是关键因素 ,选择合适的线圈外半径和线结构可以大大降低功耗 ,提高磁刺激频率 。

任意空间位置下改进的互感系数计算方法

在无线能量传输系统中,两个线圈之间的互感系数是影响传输效率的关键性因素之一。当两个线圈之间的相对空间位置变化时,对不同空间位置下两个线圈之间互感系数的计算就显得尤为重要。针对多层平面螺旋圆线圈,基于聂以曼公式提出了一种改进的互感系数的理论计算方法。计算出两个线圈之间出现轴心偏移、横向偏移以及角度偏移情况下的互感系数,并与有限元仿真和实验测量结果进行对比,验证了所提出理论计算方法的正确性。该计算方法可以计算任意空间位置下多层平面螺旋线圈之间的互感系数,而且适用于螺线管线圈和单层平面螺旋线圈,为线圈的设计和优化提供了理论依据。