涂层超导体无线能量传输理论研究与实验验证（英文）

近年来,随着2007年强磁耦合谐振式无线能量传输实验的成功,无线传能(WPT)受到科学界越来越广泛的关注.强磁耦合谐振式无线传能可以实现中距离、非辐射和高效率的能量传输,本文基于这种方式,将高温涂层超导体用于无线能量传输系统,期望利用其相对于传统导体低得多的电阻率提高系统的效率;利用公式分析了超导无线传能系统的能量损耗,并通过相关的数值分析和实验的方法验证了计算公式的正确性.描述了实验电路的搭建,包括能量供应、高频驱动电路和谐振线圈的制作.同时,本文利用常用的电路仿真软件Multisim,研究了WPT系统的传输效率、传输功率和传输损耗随传输距离的变化规律.结果表明:WPT系统的工作性能与传输距离密切相关,并且存在一个最佳的传输距离,而且这个距离与谐振线圈的材料无关.     

谐振式磁耦合无线电能传输系统传输特性及实验仪设计

利用磁耦合理论,分析了谐振式磁耦合无线电能传输系统的传输特性,开发了一种谐振式双线圈磁耦合无线电能传输实验仪.利用LED负载直观定性地观测了系统的传输特性,实验测量了发射线圈高频等效电阻及系统输出功率与信号频率、传输距离和负载的关系,获到了最大传输功率条件和频率分裂规律.实验表明,线圈在MHz频率下趋肤效应明显,频率越高,等效电阻越大;磁耦合无线电能传输系统的谐振特性不仅与频率相关,还与耦合系数相关;最佳全谐振时输出功率和传输效率最大.本实验仪可拓展测量RLC串联电路稳态特性,工作稳定,实验与理论吻合好.     

一种谐振式超导无线电能传输系统的实验研究

开展了铜线圈和超导线圈作为接收装置的磁耦合谐振式无线电能的实验研究。在340kHz的谐振频率下,分别在常温和液氮温度下进行了无线电能的接收实验。分析了影响系统效率的原因,提出了提高效率的一些措施。     

多负载谐振耦合式无线输电的传输特性研究

针对多负载谐振耦合式无线输电系统中选择最佳负载个数的实际需求问题,利用电路模型建立了系统总效率和负载个数的理论关系式,在多个接收线圈采用对称式和非对称式的排布方式情况下,定量计算得到系统总效率饱和时对应的最佳负载个数;详细研究线圈半径和传输距离对选择最佳负载个数的影响,分析出最佳负载个数主要决定于线圈半径.最后利用ADS2015搭建了仿真实验平台,验证了理论分析的正确性.     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

基于超导中继线圈的磁耦合谐振式无线传输系统的传输效率分析北大核心CSCD

磁耦合谐振式无线电能传输技术可以实现较远距离和较大功率的能量传输.由于它的便利性和安全性,它可以被应用到各种电子产品的无线充电技术中.但由于传输效率和传输距离等问题,它还不能实现商业化.针对这些问题,本文提出用超导中继线圈替换常规中继线圈的方案.超导线圈相对于常规中继线圈可以承载更大的电流密度,有更低的电阻和更高的品质因数(Q),因此它可以减少线圈自身的阻抗损耗,传输更多的能量.本文实验结果表明:在相同条件下超导线圈的品质因数是铜线圈的三倍左右;并证明用超导线圈作为中继线圈的磁耦合谐振式无线能量传输系统可以提高传输效率和增加传输距离.     

基于Metglas/PFC磁电层状复合材料的电能无线传输系统

本文完整推导了无直流偏磁条件下, 磁致伸缩材料和压电材料黏接而得的磁电层状复合材料输出电压、电流、磁电系数表达式, 制备了多个样品并实现了电能无线传输系统. 对样品的测试结果验证了理论分析的正确性. 进一步试验结果表明: 磁电层状复合材料的输出具有倍频特性, 材料长度与谐振频率成反比, 谐振状态下样品可在20 Oe的磁场中输出接近100 V (有效值)开路电压, 样品最大传输功率为520 mW (此为该传输方式下公开报道的最大功率), 功率密度为1.21 W/cm³, 样品最大传输效率达35%, 30°以内的偏转角度对材料的输出无显著影响. 试验结果表明, 基于Metglas/PFC磁电层状复合材料是小体积、 小功率、 对传输效率不甚敏感的电能无线传输应用的一种非常有前景的实现方式. 关键词： 磁电复合材料 无线能量传输     

基于磁共振的水下非接触式电能传输系统建模与损耗分析

文章对基于磁共振的水下非接触式电能传输系统在海水中的传输机理以及电涡流损耗进行了分析. 首先基于互感模型, 建立了空气中磁共振非接触式电能传输系统的数学模型, 分析了系统的频率特性, 从理论上对频率分裂现象进行了解释. 然后针对海水环境, 通过麦克斯韦方程组建立系统的数学模型, 通过级数展开, 略去高阶项, 得到计算电涡流损耗的近似公式, 分析了电涡流损耗与线圈半径、谐振频率、传输距离、磁感应强度的关系, 为水下非接触式电能传输系统的总体设计提供了理论依据. 最后通过实验验证了在空气中和海水中进行非接触式电能传输的异同, 以及电涡流损耗与各项参数的关系. 实验表明: 在空气中当传输距离为50 mm、传输功率为100 W时, 效率在80%以上; 在海水中当传输距离为50 mm、传输功率为100 W时, 效率约为67%, 说明基于磁共振的水下非接触式电能传输系统在海水中也有很好的应用前景.     

基于高温超导线圈的共振式无线输电研究

磁耦合共振式无线电能传输技术因其可以实现中距离和高效率的电能传输而被广泛重视。采用超导线圈代替常规铜线圈的无线输电系统,因临界温度下具有较小的损耗和较高的品质因数,可望大大提高系统的能量传输效率。分别构建了基于高温超导发射线圈的超导无线输电系统和基于铜发射线圈的常规无线输电系统,实验研究了超导线圈和铜线圈无线输电系统的能量传输效率与轴向距离和径向距离之间的关系。仿真和实验结果表明:相同条件下,无线输电系统使用超导发射线圈代替铜发射线圈可以有效提高系统能量传输效率,并改善系统在线圈未对准情况下效率的衰减。     

基于延时干扰的感应电能传输系统分岔频率输送控制

本文针对感应电能传输系统分岔频率的输送控制问题, 提出一种基于延时干扰的变轨控制方法. 该方法在反馈控制环节中加入一段延时干扰, 通过调节延时参数, 可使系统相轨迹流在各稳定极限环吸引子间自由切换. 文中以原副边均为串联谐振的感应电能传输系统为例, 对该方法的机理及实现方案进行了研究, 并通过仿真和实验验证了其有效性. 论文的研究结果对类似多吸引子分岔行为的输送控制可提供一定的理论参考. 关键词： 感应电能传输 频率分岔 输送控制 延时干扰     

感应电能传输系统多谐振点及其自治振荡稳定性分析

以串联型感应电能传输(IPT)系统为例,用非线性动力学的方法研究了IPT系统的多谐振点的判断及稳定性分析问题.建立了系统的频闪映射模型,根据不动点理论推导出了系统的稳态响应分段解析函数式,并在此基础上,给出了系统谐振工作点的理论判据,结合系统庞加莱映射的雅可比矩阵特征值分布情况,给出了谐振点的稳定性判据.结合具体实例系统,讨论了其多谐振点现象,并通过仿真和实验进行了验证,证明了本文理论分析结果的正确性.本文所提出的分析方法也可为其他类似谐振变换电路的建模及稳态工作点分析提供一定的理论参考. 关键词： 感应电能传输(IPT) 频闪映射 雅可比矩阵 稳定性     

磁耦合谐振式超导无线电能传输线圈错动对传输效率的影响仿真

超导以其低阻抗的特性,受到了广泛关注和应用.将超导线圈引入无线电能传输系统中,能够提升其传输性能.本文通过有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对超导线圈错动对无线电能传输系统传输性能的影响进行了仿真,得出超导无线电能传输性能较之传统的在线圈错动时性能更好,在大功率的使用场合中能更好的适应实际情况,减少损耗,提升传输质量,为超导无线电能传输技术的应用提供了一定的参考依据.     

电能无线传输实验仪

正电磁学实验固体物理专业实验电气、电工专业实验仪器简介近年来,电能无线传输技术受到人们越来越多的关注,国内外关于电能无线传输方面的研究在深度和广度两方面都取得了很大进展,并应用于电动汽车充电、无线充电式家用电器和医学仪器等领域。     

基于电磁耦合机构的非接触电能传输系统

基于非接触电能传输技术的研究,设计了非接触电能传输系统的供电机构、耦合机构和受电机构三大基本模块。对系统的整流滤波和高频逆变电路进行了仿真实验,整流输出电压波动小于6%,谐振逆变电路输出信号频率达1000Hz以上。采用低频信号发生器作为供电机构对系统进行了性能测试,给出了500Hz下的空气间隙与电压传输效率的实验关系曲线,随空气间隙增大,电压传输效率降低。     

基于谐振结构的左右手传输线的奇异传输性质

通过对一种具有谐振结构的左右手传输线进行了数值仿真和分析，从有效磁导率和介电常数及色散关系来说明其奇异的传输特性.把这种左右手传输线用作漏波天线并测量了在不同频率点的方向图，从而实验上验证了这种特殊结构在不同的频率范围内可以实现一个左手性通带，也可以实现两个左手性通带.对这种结构传输特性的研究，有助于其在漏波天线方面的应用.     

基于环磁美特材料的无线传能系统

传统的四线圈磁共振耦合无线传能系统已在移动电子设备、电动汽车无线充电中得以应用,然而,其传能效率仍然因其磁场空间分布的发散性而难以提高.为了克服上述缺点,我们提出了一种基于环磁美特材料、磁场更为局域的高效无线传能系统.该系统将四线圈系统中的一对磁谐振耦合线圈替换为具有环磁谐振特性的四个非对称开口谐振环.该环磁模式具有高Q值、低金属损耗以及辐射抑制的特性.实验结果表明,相对于四线圈系统,该系统的磁场更为集中,能量传输效率更高.     

半波长超导共面波导谐振腔传输及温度特性研究

超导共面波导谐振腔主要包括四分之一波长型和半波长型.本文对半波长超导共面波导谐振腔使用并联RLC电路进行等效分析,使用sonnet软件进行仿真其传输特性,通过电子束蒸发和激光直写等工艺制备出样品,在低温超导状态下使用矢量网络分析仪对其传输特性进行测量,以及通过持续降温方式研究其传输特性受温度的影响.实验表明:测得的谐振频率和外部品质因数与设计值吻合;谐振频率受动态电感的影响随温度降低而升高;外部品质因数随温度降低而保持基本不变;内部品质因先受导体损耗的影响随温度降低而急剧升高,当温度降低至一定温度后内部品质因数受介电损耗的影响随温度降低而保持基本不变;总品质因数在温度较高时主要来自于导体损耗,在温度较低时主要来自于介电损耗和外部品质因数,随温度的变化趋势和内部品质因数一致.     

一种新型凹面磁耦合谐振式无线电能传输装置

目前文献中，市场上多采用平面发射线圈、平面接收线圈实现磁耦合谐振式无线电能传输，弊端是传输效率不高。针对此弊端，设计并自制一新型凹面发射线圈。利用磁通门传感器测量磁场分布，结果表明，凹面发射线圈的磁场分布较平面发射线圈明显向中轴线汇聚；搭建实验电路进行对比实验，结果表明，对于相同的平面接收线圈，凹面发射线圈较平面发射线圈传输效率明显提高，高达10%。     

一种制作中远距离无线电能传输装置的方法

利用相关数学工具对强耦合线圈模型的设计进行了理论分析,采用磁场谐振的方式传输能量,成功实现了中远距离的无线电能传输,并对部分实验现象进行了实验探究与理论解释,包括:频率分裂,趋肤效应。     

自由空间中左手材料传输特性的仿真研究

 研究了左手材料的传输和反射特性,介绍了所仿真的样品形式和测量系统,并采用高频构造仿真方法(HFSS)在已有自由空间宽频测量的基础上进行理论仿真。结果表明：S参量的数字仿真与实验测量结果在宽频条件下达到了较好的一致性;测量中产生的损耗主要归因于铜线结构有限的电导率;理论上左手材料的最佳无损工作频段应高于谐振环的谐振频率。