空间约束下电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化

电动汽车无线充电系统在尺寸大小与位置偏移等因素的影响下,会导致系统传输能力下降。为了在空间约束条件下提升系统的输出功率、传输效率及抗偏移能力,针对位置偏移与底盘高度不同的实际情况,在经典D4线圈的基础上分别设计了收发端非对称D4和收发端非对称D4Q双层线圈磁耦合结构,以提高耦合系数和抗偏移能力。在不同方向的偏移和旋转的情况进行仿真测试,表明收发端非对称D4Q双层线圈在出现横向偏移300 mm、纵向偏移400 mm、传输距离230 mm和旋转偏移45°以内具备无线电能传输能力。通过搭建实验平台对偏移进行测试与验证,结果表明,所提出的收发端非对称D4Q磁耦合结构的最大输出功率相对于收发端对称D4磁耦合结构增加约60.34%,最大传输效率增大11%。

基于磁耦合电动汽车无线电能传输教学实训平台研究与实践

针对目前无线电能传输教学实训平台理论教学与实训脱节,使得学生对无线电能传输运行机理的认识不够深入。为激发学生学习兴趣,增强教学效果,以电动汽车无线电能传输为应用背景,对传统无线电能传输系统架构进行设计。基于基波等效法和基尔霍夫电压定律建立无线电能传输的几种典型结构数学模型,分析在谐振状态下不同结构的输出电压、电流、功率以及传输效率等特性。介绍无线电能传输教学实训平台的搭建过程,包括逆变器、整流器、磁耦合结构的设计和利兹线的计算选择等。在教学实训平台验证了几种典型无线电能传输结构的工作特性,使学生增强电力电子实践能力的同时对无线电能传输系统有更深入的认识。

基于磁——结构耦合场的变压器绕组形变分析

在短路电流作用下,变压器绕组受到电磁力发生形变,严重时会直接造成变压器损坏,影响系统安全运行。文中以有限元方法为研究基础,利用有限元软件建立变压器磁—结构耦合模型,实现变压器电磁场和结构场的仿真,进行绕组形变分析,对比现场频响分析法、短路阻抗法及绕组电容量法试验结果,验证了仿真模型的正确性,为变压器绕组形变检测与分析提供一种可靠的方法。

感应线圈炮电枢的磁-结构耦合分析

电枢是感应线圈炮的关键部件,其在工作过程中易发生破坏。为了设计高强度的电枢,以保证感应线圈炮实验研究的顺利进行,建立了电枢磁-结构耦合过程的数学模型;用有限元仿真程序建立了感应线圈炮的仿真模型,并对所建模型进行了仿真,得到了电枢的涡流、电磁力、变形及应力分布规律;分析了电枢后端部壁厚变化对电枢应力的影响规律。结果表明:电枢的涡流密度、所受电磁力和结构变形在电枢的后端部最大,最大应力值位于电枢后端部内侧,并且随着电枢壁厚的增加,电枢的最大应力值逐渐减小,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的强度。

磁耦合谐振式无线电能传输系统磁耦合结构错位性能的研究

磁耦合结构作为磁耦合谐振式无线电能传输系统最核心的部分,其解析模型的建立、错位性能的分析及结构的设计优化对整个系统的传输性能研究起着关键作用。以圆盘形磁耦合结构为研究对象,首先应用电磁场理论推导了一、二次侧磁耦合结构未错位及错位时的互感解析新模型;然后研究了不含铁氧体及含铁氧体的磁耦合结构发生错位时的互感变化特性,提出了互感平稳变化范围的概念,优化了线圈结构。最后为了测试磁耦合结构的错位性能,搭建了一套传输功率为1 000 W的无线电能传输系统,测量及运行结果表明,建立的磁耦合结构互感解析模型以及错位性能分析方法具有较高的准确性和有效性。研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。

基于磁-结构耦合的电磁线圈发射器驱动线圈累积失效研究

实验中线圈发射器常在发射5-6次后驱动线圈出现破坏现象,为了设计出满足性能要求的线圈发射器,对破坏原因进行分析是十分必要的。以实验所用单级同轴感应线圈发射器为研究对象,通过电路-磁场-结构场耦合计算方法,求解出了线圈及其封装的应力分布。对于封装非金属材料,采取静强度评估方法进行失效判断,认为当封装所受最大应力超过其抗拉强度极限时发生失效。对线圈金属材料,除采取静强度评估方法外,还结合其材料应力-寿命曲线进行了疲劳寿命分析。结果显示:封装所受最大应力超过了其抗拉强度极限,在发射过程中,破坏区域逐渐扩大直至封装完全破坏;线圈所受最大应力小于其屈服强度,没有发生静强度失效,但在多次发射后会出现疲劳破坏。通过对封装进行材料改进,使得封装所受应力在许用范围内并且增加了驱动线圈的疲劳寿命。

基于“磁-结构”耦合的变压器绕组弹塑性变形研究

对一台变压器产品进行了二维有限元建模,重点考虑了实际绕组材料的弹塑性,结合"磁-结构"耦合理论,得到绕组在短路时的弹塑性形变随时间变化的规律。

磁谐振无线电能传输系统的磁耦合结构优化

针对实际应用中对磁耦合结构提出的小体积要求,提出了一种在有限尺寸空间下优化设计磁耦合结构的方法。优化的方法综合考虑了线圈的工作频率、线圈结构、匝间距、导线半径等因素,以传输效率为优化目标,采用理论计算和仿真分析相结合的手段,解决了有限尺寸空间下磁耦合结构的优化设计问题。最后根据优化设计结果制作了一组线圈,并对其自感、互感、内阻进行了测试,测试结果与仿真分析结果或理论计算结果基本一致,验证了该优化设计方法的可行性。

基于Ansys的磁-结构耦合分析及应用

文章初步总结应用了Ansys的耦合分析方法,重点研究了磁-结构耦合分析,介绍了顺序耦合分析的2种分析方法并加以比较;采用了顺序耦合分析方法中的间接法对某大型线圈进行磁-结构耦合分析,以实例阐述了间接分析法的分析步骤,讨论了在分析过程中应该注意的几个要点,并且给出了分析结果,为线圈的结构设计提供了参考。

基于改进型三维螺线管磁耦合结构的多线圈长气隙无线电能传输系统研究

为了在330kV支柱绝缘子高电位点处给状态监测设备供电,文中提出一种基于改进型三维螺线管的五线圈磁耦合结构。依靠现有绝缘距离实现了长气隙无线电能传输,其传输距离为2.9m。该磁结构可以有效地约束磁场,达到提升耦合系数的目的。文中借助有限元仿真模型,分析高压电场与松耦合变压器磁场间的相互影响,研究表明,磁结构的嵌入不会破坏绝缘支柱的绝缘特性,而支柱绝缘子对磁场的影响亦不明显。文中对该结构的五线圈耦合电路模型进行分析,理想情况下,其谐振电路具有恒压输入-恒压输出的特性。在长达3m的样机平台下的实验结果表明,该系统在传输功率为16W时,可以实现34.35%的系统最高效率。

电动汽车无线充电的磁耦合结构综述

近年来电动汽车的无线充电技术引起业界的广泛关注。电动汽车无线充电技术的重点和难点在于磁耦合结构的设计,关键参数在于耦合系数,以及线圈偏移后的性能。本文首先简要分析了3种最基本的磁耦合结构的特点,在此基础上详细介绍了国内外研究机构的磁耦合结构改进方案。最后,提出了关于磁耦合结构设计上的考虑因素以及发展趋势。

基于正交试验的磁谐振无线电能传输系统的磁耦合结构优化

针对缺乏精确的线圈交流损耗解析模型的现况,将正交试验方法应用于磁谐振无线电能传输系统的磁耦合结构优化。在Ansoft软件平台上,以效率系数最大为优化目标,先分析结构参数间的相互影响,再通过少量的代表性仿真试验找到一组较优的结构参数。仿真与试验表明,正交试验法的效率系数和最大传输效率比常用的线圈优化方法分别提高12%和4%,验证了其优越性。

电磁炮导轨的变形耦合分析

为了对电磁炮导轨的变形进行分析、研究与仿真,基于有限元分析方法,建立了身管模型;采用直接耦合法进行求解,对有磁场的电磁炮身管进行有限元分析计算,探讨了电磁炮发射时电磁力对电磁炮导轨的变形和应力分布的影响。通过计算,证明考虑磁场的耦合分析模型,比没有考虑磁场的分析模型更接近实际发射的情况,该数值模拟具有重要的参考价值。

磁谐振耦合式AGV无线充电装置设计

针对目前自动导引车(AGV,Automated Guided Vehicle)有线充电存在安全性低、智能化不足及环境要求高等问题,设计了一种AGV无线充电装置。为了满足AGV充电的容量需求,装置中设计了新型软开关式直流斩波电路,使输出电压峰值范围可调。采用了一种磁耦合谐振式拓扑结构进行非接触式电能传输,分析无线电能传输中传输距离、传输效率及频率三者之间的关系,增加了无线充电时电池与充电电源的最大有效距离。实验证明该装置在20cm的距离可实现460W的AGV无线充电。

一种新型电磁线圈发射器的动态特性

传统电磁线圈发射器对电枢的推力主要来自于侧面的螺旋线圈,而在底部没有直接的物体作用。设计了一种新型电磁线圈发射器,在底部增加一个圆盘线圈,在筒状电枢的尾部增加一个圆盘电枢。介绍了新型电磁线圈发射器的组成和工作原理,对发射器模型和外接电路进行场路耦合分析,得到了线圈电流、电枢加速力和速度等动态特性;把场路耦合得到的线圈电流结果加载到发射器三维有限元模型上进行磁-结构耦合分析,得到了线圈的应力分布规律。结果显示新型电磁线圈发射器在发射器第一级中电枢同时被两个线圈推动向前运动,产生的推力更大,适合大质量物体的发射。

变压器铁心电磁振动仿真及影响因素研究

为了研究变压器铁心的电磁振动的多场耦合问题,使用应变能原理修正铁心磁-结构耦合关系对变压器铁心的本体振动进行仿真研究。将硅钢片磁化特性曲线导入到仿真模型中,计算得到线圈中的电流密度以及铁心闭合回路中的磁感应强度分布,实现电场与磁场的耦合。利用应变能原理对磁致伸缩力进行等效,并以等效磁致伸缩力为耦合变量对铁心进行结构瞬态动力分析,得到铁心本体的振动分布。分析铁心电磁振动的影响因素,结果表明:随着铁心预紧应力增大,硅钢片磁致伸缩增量比值增大,铁心振动加剧;随着铁心叠片方向上的弹性模量增大,铁心振动量逐渐降低。仿真结果定性地验证了装配工艺对铁心振动的影响规律。

退火温度对Nd_2Fe_(14)B/α-Fe磁性多层膜中相形成的影响

通过TEM和HRTEM对比研究了软磁层厚度为2.5 um的Nd_2Fe_(14)B/α-Fe型多层膜的显微结构.结果表明,在退火前的多层膜中Fe层为多晶,硬磁相以非晶的状态存在;在600℃以上退火后软磁层消失,生成的Nd_2Fe_(14)B型相被固定在硬磁层内;625℃退火后发现有Nd_2Fe_(17)相在硬磁层中析出,表明在多层膜退火过程中,退火温度对相转变的影响比退火时间的影响更大.Nd_2Fe_(17)相的析出可能是高温退火后磁性能下降的主要原因.

磁谐振无线电能传输系统的磁耦合结构优化设计

磁耦合结构是磁谐振无线电能传输系统的关键核心部分，其传输性能的好坏直接影响到该传输方式的进一步推广应用。针对在实际应用中对磁耦合结构提出的小体积要求，提出了一种在有限尺寸空间下优化设计磁耦合结构的方法。该方法综合考虑了线圈的工作频率、线圈结构、匝间距、导线半径等因素，以传输效率为优化目标，采用理论计算和仿真分析相结合的手段，解决了有限尺寸空间下磁耦合结构的优化设计问题。最后根据优化设计结果，制作了一组线圈，并对其自感、互感、内阻进行了测试，测试结果与仿真分析结果或理论计算结果基本一致，验证了该优化设计方法的可行性。

0.3~3.0GHz超宽带高精度数控移相器的设计

基于0.15μm GaAs赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款应用于相控阵系统的集成数字驱动器的0.3~3.0 GHz高精度6 bit数控移相器芯片,通过级联6个不同移相单元可实现最小步进为5.625°的0°~360°移相范围。5.625°、11.25°、22.5°移相单元采用开关切换单阶磁耦合全通网络结构,45°移相单元采用开关切换电容补偿单阶磁耦合全通网络结构,90°、180°采用开关切换高通补偿两阶磁耦合全通网络结构。在片测试结果表明:在0.3~3.0 GHz频段内,数控移相器芯片64态移相均方根误差小于3°,插入损耗小于18 dB,全态移相附加调幅小于±1 dB,输入输出驻波小于1.9,静态功耗为3 mA@-5 V。芯片版图面积为5.00 mm×3.45 mm。

可实现效率提升的一种水下无线充电系统研究

为了提高水下航行器的充电便捷性,水下无线充电系统得到发展,但同时水下无线充电技术仍然存在充电传输效率较低、传输功率较低的问题。而充电传输效率和功率与补偿网络的选取和耦合器的形状、参数等相关,因此实现对补偿网络和耦合器的优化对于无线充电系统传输效率和功率的提升有重要意义。首先,对磁感应耦合式无线充电电路中补偿网络选用原边串联-副边并联补偿方式,对传输功率、效率进行理论推导和分析。其次,对耦合器的尺寸结构进行仿真建模,得到参数符合的耦合器。在此基础上,建立水下无线充电仿真系统进行仿真,得到仿真参数。最后,进行器件选取和驱动电路、原副边电路PCB板的设计制作,进而搭建了一台无线充电系统样机平台进行实验,并得到实验结论。