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。     

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.     

磁耦合谐振式超导无线电能传输线圈转动对传输性能的影响仿真

磁耦合谐振式高温超导无线电能传输系统(SUWPT)在实际应用中,不可避免会发生发射接收两线圈所在的平面不平行的情况。本文针对半径360 mm的铜线圈和超导线圈的磁耦合谐振式无线电能传输系统接收线圈沿直径方向发生旋转的情况,通过参数计算及有限元仿真的方法,进行传输效率及功率的对比分析。结果发现,在线圈转动角30°时,超导无线电能传输系统的功率比传统传输系统的功率高约10%,且超导无线电能传输系统的传输性能相较传统传输系统的传输性能更好。     

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。     

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.     

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.     

磁耦合共振式无线电能传输空间能量的分布规律研究

无线电能传输是一种在电源和负载之间不需要任何物理接触就可以传输电能的技术。随着该技术的逐渐普及,磁耦合谐振式无线电能传输因其特有的中短距离传输的高效性进入人们的视野。文章基于磁耦合共振原理设计制作了研究装置,首先分析了在磁耦合共振条件下能量分布随线圈距离以及角度的关系,并基于以上关系得出能量在空间中的分布规律图像。     

从最大功率传输到无线能量传输的推演

从最大功率传输定理出发,逐步推演出磁谐振耦合无线能量传输的电路工作原理和特点,得到与发表在Science等期刊文章中一致的结论,证明磁谐振耦合无线能量传输机理依然属于电路理论的范畴,从而也说明对一些基础课程中的重要内容进行深度挖掘和创新运用能够起到精准认识和解释当今科学前沿所报道的一些新奇现象的作用.     

高温超导磁共振成像射频接收线圈的研究

为了提高低场磁共振成像系统的信噪比,提出了具有失谐电路的Bi2223带高温超导射频接收线圈.该线圈采用了电耦合方式传输超导谐振回路的磁共振信号,这种方式有利于进一步制成正交结构或相阵结构的超导接收线圈.为了防止趋肤效应降低超导接收线圈的性能,采用化学腐蚀的方法先将超导带的包套去掉,然后再制成超导主谐振电感.采用一种双探测线圈法对高温超导接收线圈和相同结构的常规铜线圈的Q值进行了测量,结果表明超导接收线圈比常规铜线圈的Q值约高一倍.     

基于磁耦合谐振式的无线电能传输系统

提出了一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输系统,该系统能够提高电能的传输效率和传输距离,具有良好的发展前景.     

电动汽车无线充电枪及特性研究北大核心

提出了电动汽车无线充电枪概念。考虑到高温超导线圈的品质因数高于铜线圈,在提出的电动汽车无线充电模式中采用高温超导线圈作发射线圈,铜利兹线圈作接收线圈。在COMSOL中建立超导发射线圈恒流模式下与铜利兹接收线圈的二维磁场-电路多场耦合模型,仿真分析了系统功率及传输效率随接收线圈半径的变化规律,以及发射线圈、接收线圈不同半径比下,系统功率及传输效率随负载电阻的变化规律,为电动汽车无线充电系统的具体参数设计提供了依据。     

基于有限元分析电能无线传输实验的谐振传输特性

通过三维有限元电磁仿真软件设计了电能无线传输实验的仿真模型,研究了电能无线传输实验的谐振特性以及传输特性.通过合理设置参量,模拟电能无线传输实验的电磁能量传输过程.通过控制变量法,研究电能无线传输过程中,实验参数对其传输性能的影响,主要包括谐振线圈的匝数、线圈的间距、谐振状态等因素对传输距离和谐振频率的影响.     

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.     

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%。     

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     

过耦合结构超导铝共面波导谐振器温度特性研究

制备了基于超导铝膜的四分之一波长反射型共面波导谐振器,并利用矢量网络分析仪测量了该谐振器在低温超导状态下的传输特性。实验结果表明:对于拥有较大耦合电容的超导共面波导谐振器,在超导状态下随着环境温度的升高,超导薄膜的表面阻抗会增大,进而谐振器的中心谐振频率降低,谐振峰变宽。温度越高,谐振频率随温度升高而向低频偏移的速率越快。另一方面,随着环境温度升高,谐振器的外部耦合品质因数和负载品质因数也都会降低。温度越高,谐振器品质因数随温度升高而降低的速率越快。用二能级理论解释了实验现象,品质因数理论计算值与实验测量结果相接近。     

Bi系高温超导磁共振成像射频接收线圈的成像研究

射频接收线圈是磁共振成像系统输入通道的第一级,提高接收线圈的信噪比可以提高系统的图像质量.对于低场磁共振成像系统,如果能够降低常规铜接收线圈的等效串联电阻,就能够提高其信噪比.由于高温超导材料的直流电阻为零,交流传输损耗也远小于铜,采用高温超导材料制作磁共振接收线圈能够提高信噪比.本文采用Bi2223带材,设计、制作了超导接收线圈,并在0.23 T的磁共振成像系统中进行了成像实验.结果表明,超导接收线圈的图像信噪比比常规铜线圈提高约76%.     

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。