感应耦合式非接触电能传输系统的设计
电工电气 （２０１３ Ｎｏ．４） 感应耦合式菲接触电能传输系统的设计
感应耦合式非接触电能传输系统的设计
沈慧娟，曾宪智
（浙江嘉兴学院，浙江嘉兴３１４００１）
摘要：基于电磁感应原理，运用现代电力电子能量变换技术和控制方法，实现供电线路和用电设 备之间的非接触电能传输。通过对初级变换器拓扑选择及主要元器件参数的分析，提出非接触电能传输 系统的设计，并对系统的效率和补偿等关键问题进行了仿真及实验研究，提高了系统的传输效率。 关键词：可分离变压器；非接触电能传输；原副边补偿 中图分类号：ＴＭ７２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—３１７５（２０１３）０４—００２４—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＳＨＥＮ Ｈｕｉ－ｊｕａｎ，ＺＥＮＧ Ｘｉａｎ—ｚｈｉ （Ｊｉａｘｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｘｉｎｇ ３１４００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｏｄｅｍ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ— ｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｐｒｉｍａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
０引言
非接触感应电能传输技术是一种新型的电能传
输技术，避免了传统接触式供电的接点随着时间的 增长而老化，导致接触不良、漏电短路故障和安全
事故。 非接触感应电能传输技术打破了在化工、钻
井、工矿、水下探测等特殊行业的某些场所下的电 工设备馈电的限制，开拓了如在电动汽车、高速磁
悬浮列车馈电以及在生物医学、家用电器等方面的 应用 １Ｊｏ
１非接触式感应电能传输原理
非接触式感应电能系统利用疏松感应耦合系统
和电力电子技术相结合的方法，实现了电能的无物
理连接传输。它将传统的变压器紧密型耦合磁路 分开，初、次级绕组分别绕在具有不同磁性的结构
上，实现在电源和负载单元之间进行能量传递而不 需要物理连接，如图ｌ所示，系统由原边电路和副
边电路两大部分组成。
电能传输 变压器
图１非接触感应电能传输系统图
原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁 场耦合相联系。原边电路把电能转换为磁场发射，
经过这段气隙后副边电路通过接收装置，匝链磁力 线，接收磁场能量，并通过相应能量调节装置，变
换为应用场合负载可以直接使用电能形式，从而实
现了非接触式电能传输 。
基金项目：嘉兴市科技计划项目（２０１ １ＡＹ１０７２） 作者简介：沈慧娟（１９６９），女，实验师，硕士，研究方向为电子技术及应用。
一
２４— 感应耦合式菲接触电能传输系统的设计 电工电气 （２０１３ Ｎｏ．４）
２系统的硬件设计与分析
２．１系统的硬件设计
非接触式感应电能系统有以下部分组成：初级 变换器、无接触式变压器结构、次级变换器。初、
次级子系统之问不含有物理连接。为增大系统的感 应能力，在变压器初级通常采用高频率的交流电流
做驱动。系统工作时在输入端将单相交流电经过整
流逆变转换成高频率交流电提供给初级绕组，在输 出端将电流的频率从初级的高频率转化为次级端
需要的频率，并通过调节电压、电流和相位来调节 为感应耦合电能传输系统的电路结构，从图中可以 看出无接触式变压器是非接触电能传输系统的主
要部分，要提高系统的电能传输能力，就要优化电 磁结构参数及运行参数。图中ＶＴ ～ＶＴ 构成全桥
逆变器，单相２２０Ｖ交流电源加到由二极管模块组
成的单相整流桥，经电解电容滤波成平直的电压， 再；ｂｕ￣ｒＪ由四个Ｃ［Ｖ［０ＳＦＥＴ组成的移相全桥谐振变换器
上，逆变器输出的电压在经过线路电容补偿后，除 了很少一部分损失在线路阻抗上，几乎全部加在同
轴绕组上，副边绕组电压经过整流后给负载供电。
变压器原边绕组用于检测原边电压、电流，控制输 次级的输出，从而给用电负载供电 。图２所示 出功率Ⅲ。
ＶＴ 蚪 ：Ｃ２ Ｄ９ Ｌ 『 ÷
。 ； ｌ
—． ＝Ｃ 厶 丰ｃ ｆ ｌ
＜ ｛ ＜ＶＴ。 Ｇ ＝ ＜ ＿ｊ
ｌ、■ Ｌ— Ｒ Ｄ１１ Ｕｆ ｒ——＝、Ｉ Ｌ————————————一
图２非接触式感应电能传输系统主电路图
２．２分离式变压器的建模与设计 可分离变压器实质上是原副边骨架相互独立的
磁耦合线圈，由于不存在闭合的铁芯磁通路，因而 耦合系数比较低，可采用互感模型进行分析，如图
３所示为系统采用原边串联、副边并联补偿（ＳＰ）下 的等效电路 。
Ｍ ｓ ａ）互感模型
ＲＰ 足 ｂ）简化电路 图３非接触式感应电能传输系统的等效电路图 对于谐振变换器，采用基波分析法可以简化复
杂的计算，同时保证比较精确的结果。副边接收电 路对原边的影响可以用反映电阻 和反映电抗 表示，因而图３ ａ）可以简化为图３ ｂ）。
Ｄ一 ＋Ｒｓ一 ｓ ）＋ ｓＣｓ＋Ｌｓ） … “ ６９ （ＲＲｓＣｓ ｓ）。＋ 埘ｓ一 ｓ ） ｕ
ｊ ｓ一 ）一ｊ ｓ ｓ） 厂 （ＲＲｓ 乜ｓ）。＋ 埘ｓ一 ｓ ）。
采用ｓＰ补偿，原副边的补偿电容分别为：
此时，原边谐振频率与副边谐振频率相同，作
为系统的工作频率，则能量传输能力达到最大。补 偿后，谐振状态下的反映电阻简化为：
Ｒ－兰 （４） ｌ＋ （１＋ ）
其中， 为高频整流部分的等效电阻；ｋ为线圈
的耦合系数；力为原边自感与副边自感的比值； 为副边线圈电阻 。与等效电阻的比值。
一
２５— 电工电气 （２０１３ Ｎｏ．４） 感应耦合式菲接触电能传输系统的设计
Ｒ＝ ＲＬ／８ ｋ＝Ｍ／４Ｌ—ｐＬｓ
８＝Ｒｓ／Ｒ
ｎ＝ＬＰ／Ｌｓ 为副边线圈的品质因数：
Ｏｓ＝ｅ／￣Ｌｓ （６） 谐振状态下的原边电流为：
ＩＦ ，力）： ２Ｊ２Ｉｏ （７）
ａ４ｎ 则原边补偿电容上的电压为：
… ＝ （８）
副边线圈的电流大小决定了能量接收效率，其 表达式为：
。（Ｏｓ）： 瓜 ≈半，／ｌ＋Ｏｓ２ （９）
根据式（４）、（５）、（９），可分离变压器的传输 效率函数可以表示为： ，门，ｐ。）＝７丽／Ｔｐ２Ｒｒ・了 ＝
ｌ
｛ｌ＋ ）｛１＋ ［１＋（１＋ ） ］） （１ｏ）
其中，。为原边线圈电阻Ｒ 与 的比值，一般口《
。 图３ ｂ）中简化电路的品质因数０ 是一个重要的 参数，它决定了电路中正弦波的质量，当０ 大于
０．５时，电路中能产生比较高质量的正弦波。
＝等：去（１１，
２．３系统设计分析 对于ＳＰ：￣ｂ偿，线圈自感比值影响谐振变换器的 电压增益、原边补偿电容的电压应力、原边电流
以及系统的效率，因此，合理地选择自感比值十分
重要。谐振变换器的电压增益可以通过匹配变压器 变化改变；补偿电容的电压应力则影响系统的体积
和可靠性；原边电流的大小决定了功率管电流应力 和可分离变压器原边线圈的损耗。耦合系数的大小
直接影响原边补偿电容的电压应力以及功率管的电
流应力，耦合系数越小，应力越大，这对系统的设 计是不利的 ］。图４为６５ ｖ／ｌｏｏ ｗ的样机在耦合系数
ｋ＝Ｏ．３、ｋ＝Ｏ．４６时不同自感比值对可分离变压器原 边电流和原边补偿电容电压的影响。
一２６— ２０ １８ １６ ｌ４ １２ １０ ８ ６ ４ ２
图４原边电流与原边补偿电容电压的关系 选择合适的自感比值可以在一定程度上减轻耦 合系数过低带来的影响，通常选择自感比值在ｌ附
近是比较理想的，如果增大，则原边线圈体积比较
大，给原边线圈加铁芯可以在比较小的体积增量下 增加自感比，但是如果很大，对原边补偿电容耐压
要求剧增；过小的则会导致原边电流很大，效率下 降” 。由式（９）可知，可分离变压器的副边电流随 ｏ 减少而降低，则副边损耗下降，能量接收效率提
高，式（１０）也反映了这点。但是当０ 降低到一定
程度时，副边电流降幅有限，效率提升缓慢，同时 原边补偿电容急速上升，选择合适的力与０ 最高
效率可达９０％以上。 ２．４系统设计流程
控制电路利用ＤＳＰ芯片采用基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的
控制电路对系统控制电路的软硬件进行设计，实现 对电路硬件的控制 ，如图５所示。
图５基于ＤＳＰ的非接触电能传输系统硬件图
３非接触式感应电能系统的仿真与实验研究
实验内容：（１）针对次级匝数变化，变压器电
感量及耦合系数的变化，以及对传输性能的影响。 （２）初级变换器工作频率的变化，对励磁电流以及
效率的影响。（３）初次级恒流与恒压输出补偿与不
补偿对比实验。基于Ｍａｔｌａｂ平台的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ为系 统的构建仿真模型，并进行了仿真分析，如图６所示。
感应耦合式非接触电能传输系统的设计 电工电．Ｉ【 （２０１３ Ｎｏ．４）
图６利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对非接触式感应电能系统的仿真
在理想条件下，当系统工作在谐振状态下，功
率因数ＣＯＳ￣＝ｃｏｓ ０。＝１，系统的有用功最大，无用 功为零。理论上，此时可分离变压器的传输功率以
及传输效率达到最大，最高效率达到９０％。表１给 出工频２２０Ｖ输出时的实验结果，由于补偿电容的
等效串联电阻（ＥＳＲ）损耗、滤波电感的磁芯损耗、 以及匹配变压器的损耗等因素，最终测量得到的样
机满载效率最高为８７．３３％。 表１输出功率为１００ ｗ的数据
皇查 ！ 堕 亟 皇垦 皇垦 至 ０．１Ｏ ４．４８ ６．５１ ５Ｏ．２１ ６６．５３ ８７．３３ Ｏ．２Ｏ ５．３５ ５．９２ ５４．３９ ５３．６６ ７６．１６ ０ ２２ ６．５４ ７ ２６ ６４ ７３ ７９ ８６ ７９．７３
４结语
感应耦合式电能无线传输技术借助于现代控制 理论和方法实现的不同介质之间的非接触式能量传
递，从而实现了无物理连接的电能传输，消除了供
电系统的摩擦、电弧等危害，提高了系统的安全性 和灵活性。主要完成的工作有：（１）分析无接触电
能传输系统的结构及工作原理，运用基波模式近似 分析法，建立初级谐振变换器和无接触变压器的数
CPT系统能量与信号混合传输技术
第２９卷第４期 ２０１０年１０月 电工电能新技术
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖｏ１．２９。Ｎｏ．４ ０ｃｔ．２０ｌ０
ＣＰＴ系统能量与信号混合传输技术
孙 跃，王琛琛，唐春森，戴 欣，王智慧
（重庆大学自动化学院，重庆４０００４４）
摘要：针对感应耦合电能传输（ＣＰＴ）系统中的信号传输问题，提出一种基于能量通道的数字信号
传输方法。该方法通过切换谐振逆变器开关管的软开关周期来对数字信号进行调幅调制，电能接
收端在通过功率调节单元接收电能的同时，提取调制信号特征并进行信号复原，在不改变感应耦合
电能传输系统主电路拓扑结梅的情况下，实现了传输数字信号。介绍了信号传输原理，分析了功率
与信号混合传输特性，以及和信号传输效率之间的关系，并进行了实验验证。
关键词：感应耦合电能传输；能量调制；软开关
中图分类号：ＴＭ１３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—３０７６（２０１０）０４—００１０－０４
１ 引言
感应耦合电能传输（ＣＰＴ）技术是一种基于电磁
感应耦合原理的非接触式电能传输技术。通过一次
侧、二次侧线圈间的耦合磁场实现电能从静止电源
系统向一个或多个可移动用电设备的非电气直接接
触电能传输方式…。然而在随钻井下通信、医用体
内植入系统等设备应用时需要实时检测系统的工作
状态或传递控制指令，因此系统需要在非接触传输
电能的同时实现信号的同步传输。研究发现由于感
应电能传输系统中磁能转换机构及高频电能逆变器
的存在，如果电能与信号分别用两个通道传输，电能
对信号的传输有很强电磁干扰问题。因此需要研究
适应于感应电能传输系统中基于能量传输通道的信
号有效传输方法，实现电能与信号的同步传输。感
应式电能与信号混合传输技术就是在非接触电能传
输的同时传输数字信号，电能与信号共用一个电磁
耦合机构和感应线圈。
目前，ＣＰＴ系统中信号传输有以下三种方法，方
一种LCIPT系统的分析设计
第３ ６卷第３期 ２ ０ ０ ７年６月 上海师范大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｇ｝ｌａｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．３ ２ ００７，Ｊｕｎ．
一种ＬＣＩＰＴ系统的分析设计
王平楠
（上海师范大学数理信息学院，上海２００２３４）
摘要：给出了非接触感应式电能传输（ＬＣＩＰＴ）的基本原理，分析了影响电能传输效率的一
些主要因素．给出了在小信号（低功率）的情况下，能量传输的实验结果和分析结果，并针对这 些因素的补偿给出了一种反激式电路设计．
关键词：ＬＣＩＰＴ；气隙变压器；反激式电路 中图分类号：ＴＭ９１０．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－５１３７（２００７）０３－００４５－０５
ＬＣＩＰＴ技术（１ｏｏｓｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ），即松耦合感应电能传输技术，是非接触式电能 传输的一种．非接触式电能传输将传统变压器的感应耦合磁路分开，利用磁场耦合来实现电源和负载之
间的能量耦合，输电线路和负载线路在没有电气连接和物理接触的情况下，甚至在它们之间存在相对运
动的情况下，实现电能传输． ＬＣＩＰＴ具有可靠性、安全性、灵活性高，气密性、防水性好，适用于无人场合、恶劣场合等特点．在各 个领域都有广阔的发展前景．本文针对ＬＣＩＰＴ技术的特点，介绍了ＬＣＩＰＴ系统的原理，分析了影响因
素，设计了一种适应ＬＣＩＰＴ特点的能量传输电路．
１ 非接触感应式电能传输的工作原理
非接触感应式电能传输系统的基本构成包括：供电电源，初、次级整流、逆变电路，感应耦合电磁装 置以及负载．其中耦合电磁装置有多种结构…，本系统采用的是最普遍，也是最适应于常用小功率场合
的分离变压器，即变压器原、副边分离，初、次级子系统之间不存在物理连接．图１是系统的示意图．
２２０Ｖ， 市
图１ 非接触感应式电能传输系统示意图
非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究
电力系统及其自动化
Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 《电气自动化｝２ｏａ２年第３４卷第５期
非接触电能传输系统原副边补偿拓扑的研究
叶子晟，唐厚君，白亮宇，沈会
（上海交通大学，上海２００２４０）
摘要：基于非接触电动汽车充电器的设计项目，针对非接触电能传输系统效率以及传输功率受到原副边补偿方式，以及补偿参数影
响较大的问题，对非接触电能传输系统的结构特性进行分析，并且得出其参数的计算方法。重点比较电压型感应耦合传输系 统的不同补偿拓扑结构以及补偿参数对于传输性能的影响曲线，从而可根据不同负载的种类以及大小选择不同的补偿结构与
参数，为实际电路设计提供重要参考。
关键词：非接触电能传输；补偿拓扑；参数计算；功率因素；效率
［中图分类号］ＴＭ７４［文献标志码］Ａ［文章编号］１０００—３８８６（２０１２）０５—００３５—０３
Ｉ ｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ ＣＩ ＰＴ Ｓｙｓｔｅｍ
ＹＥ Ｚｉ—ｓｈｅｎｇ，ＴＡＮＧ Ｈｏｕ－ｊｕｎ，ＢＡＩ Ｌｉａｎｇ－ｙｕ，ＳＨＥＮ Ｈｕｉ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏ ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｐｒｏｊｅｃｔ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ Ｃａｒ ｃｈａｒｇｅｒ．Ｆｏｒ ａ ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｌａｒｇｅｌｙ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｉｄｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｎ ｍａｋｅ ａ ｂｉｇ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍａｋｅ ｉｔ ｃｌｅａｒ ｔｈａｔ ｈｏｗ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｆｏｃｕｓ ｍｏｒｅ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ
感应耦合电能传输系统软开关死区时间优化
感应耦合电能传输系统软开关死区时间优化
蓝建宇;马殿光;唐厚君
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2014(000)012
【摘 要】谐振网络为感性并且合理设置逆变器的死区时间能够保证感应耦合电能传输系统的软开关运行。针对死区时间设置问题展开研究提出一种在全负载和全频率范围内实现软开关的死区时间优化设计方法。首先，建立感应耦合电能传输系统系统数学模型，简述其工作原理。其次，详细分析功率场效应管开关过程中其结电容的充放电过程以及体二极管的续流过程。研究表明最优死区时间应该介于结电容放电完毕之后和体二极管续流结束之前。然后，讨论死区时间的优化设计方法。最后，对一台57 W的感应耦合电能传输系统实验样机进行死区时间优化设计。实验结果表明，基于此设计方法感应耦合电能传输系统的功率场效应管能够实现软开关。
【总页数】7页(P50-56)
【作 者】蓝建宇;马殿光;唐厚君
【作者单位】上海交通大学 电子与电气工程学院，上海200240; 上海交通大学 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海200240;上海交通大学 电子与电气工程学院，上海200240;上海交通大学 电子与电气工程学院，上海200240; 上海交通大学 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海200240
【正文语种】中 文
【中图分类】TM74 【相关文献】
1.宽温度范围下感应耦合电能传输系统软开关技术 [J], 苏玉刚;吴学颖;刘波;唐春森;陈龙
2.一种优化感应耦合电能传输系统参数的方法 [J], 张卫平;白蒴;刘元超;翟鹏伟
3.感应耦合电能传输系统优化设计 [J], 赵维娜;杨喜军;唐厚君
4.感应耦合电能传输系统发射线圈的优化设计 [J], 冷士川;鲍春明;王春芳;李聃
5.基于双边LCC的感应耦合电能传输系统软开关参数设计 [J], 张珂
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无线感应耦合充电系统仿真与设计
ＴＲＡＮｓＭ ＮＧ ８ 麓 憋疆 【本文献信息】谢智娟，金学军．无线感应耦合充电系统仿真与设计［Ｊ］．电视技术，２０１３，３７（１３） 无线感应耦合充电系统仿真与设计 谢智娟 ，金学军 （１．常州卫生高等职业技术学校，江苏常州２１３０００；２．井冈山大学教育学院，江西吉安３４３００９） 【摘要】无线充电是随着微电子及云计算技术应运而生的无线充电传输技术。其强调体系结构的开放性和可编程性，减少灵 活性差的硬件电路，这种预处理技术就是所谓的感应耦合电能传输技术。基于此理念提出了感应耦合电能传输无线充电技术， 在无线网络下无线充电工作原理和无线充电技术参数基础上，详细设计了系统功能模块和电路，最后通过函数算法进行了系统 测试，模拟实现了无线充电技术的仿真。 【关键词】无线充电技术；感应耦合传输；电路设计 【中图分类号】ＴＮ７５１．１ 【文献标志码】Ａ Ｌｉｎｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ＸＩＥ Ｚｈｉｊｕａｎ ，ＪＩＮ Ｘｕｅｊｕｎ （ ．Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｈｅａｌｔｈ Ｈｉｇｈｅｒ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｃｈｏｏｌ，ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ｆｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｊｉ’ａｎ ３４３００９，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｍｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｏｎ ｏｐｅｎｎｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｔｈｅ ｓｏ－ｃａｌｌｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｃｅｐｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ— ｐｅｒ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ 近年来，布线成本成了有线通信网络的一个沉重负 担。而无线传感器网络具有安装成本低、传感器端子重构 小的优点，此外它还能安装在很难提供电力的地方 。 因为基于无线系统每一个终端设备都需要交换电池，导致 了无线传感器网络投入成本增加。于是需要实现一个传 感器网络设备，能实现短距离提供电力。无线充电是随着 微电子及云计算技术应运而生的无线充电传输技术。无 线充电传输技术体系结构突出了开放性以及可编程性，运 用数字化虚拟传输处理，通过Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ变换，减少硬 件电路单一缺陷，实现了只需要天线信号就能滤波放大后 由Ａ／Ｄ产生采样增压指令，并被核心计算机模块接收，提 供稳定转换速率、工作带宽、动态范围，满足无线充电设备 增压、传输的要求，这种感应耦合预处理技术就是无线充 电电能传输技术。无线感应耦合电能传输充电技术具有 一些很实用的优点与应用领域，比如可以解决电子设备充 电接口不兼容的状况，很多传感器也需要无线充电，还有 就是应用于植入性医疗器件、市政交通管理设备。在沙 漠、深山、探井等人力不能到达的地域以及高危险领域，同 样需要无线充电技术。 基金项目：全国职教物理学会省级课题（２０１２（０５）） １设计需求分析 １．１设计理念 基于无线充电特点和技术需求的认识，在系统的实 现技术上，必须尽量采用先进实用的主流技术并结合现有 的设备及线路条件。为此，确定采用以下设计路线：依据 无线网络通道，采用感应耦合交换技术，实现电能无线网 络传输；本文设计中采用电路仿真模型，进行面向无线充 电对象的设计。 １．１．１硬件环境 硬件环境指的是承载整个系统的基础设施物理环 境，包括各类主机服务器、接收设备、感应设备、充电模块、 交换设备以及线路、ＵＰＳ等。 １．１．２系统平台 无线充电系统平台是一个复合体，既有基础服务构 成层体系（包括操作系统、各类中间件），又有软件应用平 台体系（包含各类应用共用无线服务软件），还包括感应 充电接收体系以及耦合电能传输运行体系。 投稿网址ｈｎｐ：／／ｗｗｗ．ＶｉｄｅｏＥ．ｃｎｌ《电视技术》第３７卷第１３期（总第４１
无接触电能传输技术
无接触电能传输技术
感应电能传输——一种在石油行业有广阔应用前景的新技术
2006-3-20 来源：机电商情网 收藏此信息 推荐给好友
Inductive Power Transfer —As Sort of New Technology for the Wider Application foreground
in the Petrol-way
Abstract: The paper introduces composing for non-contact inductive power transfer, and discusses the application in the petroleum industry.
Key words：Inductive power transfer the petroleum industry application discuss
1 引 言
自从1840年电磁感应现象及导线可以传输电能被人类发现至今，电能的传输主要由导线直接接触进行输送，也就是说一般采用埋电缆或架裸线的方式向用电负载输送电能，这就造成接触火花，碳积和不安全暴露等局限，石油行业是不允许有接触火花的，往往很小的接触火花都会引起火灾甚至爆炸，感应电能传输技术IPT(Inductive Power Transfer)就是为了弥补这一不足而发明的一种新技术，本文先探讨石油行业炼、采、贮现场用电的特殊性，进而简介感应电能传输技术，最后探讨IPT技术在石油行业中的应用。
2 石油行业采用电能有线传输的弊端
由于石油及其副产品、天然气等均为易燃物质，所以在有石油及副产品的场所严禁火花，往往很小的火花将引起重大的事故，石油行业因供电火花引发的事故已使人类触目惊心，而有线输电导线的绝缘皮磨损，接触不良等都会引起火花，这是其一；其二，在石油行业采油厂各采油井之间相对距离较远，电能传输现多是以架空裸线的方法进行，这就造成架线工作量很大，对有些海上油田或地形十分复杂(比如油井与供电网之间有江河相隔或山脉相隔的地域)架线及栽电杆成为一大难题；第三，潜井泵是油田的多用设备，给潜井泵拖动电机供电现用的方法是朝抽油井辅井下电缆的方法，这就造成了成本的大幅度上升，更应看到电缆绝缘皮的磨损老化断线亦给其长期使用性带来了很大的因难，若电缆中间出现断线绝缘皮磨损，极易引起火花而发生爆炸等严重事故，更何况更换一次电缆，电缆的提升和下放工作量都是十分巨大的；第四，在石油行业野外探测使用的工程车，供电因野外作业远离电源，一般采用蓄电池直流供电，并将蓄电池的电能逆变为交流供给仪器仪表，有时不得不借助燃油发电机，往往正在作业时，因蓄电池的电能或燃油发电机的油料用尽不得不再往返回基地进行充电或加油，影响了工作效率的提高，更何况蓄电池或发电机的重量制约了工程车供电效率的提高使车体庞大、笨重。
基于E类放大器的无线电能传输系统的参数设计与仿真
第１３卷第２２期２０１３年８月 １６７１—１８１５（２０１３）２２—６４６０—０５ 科学技术与工程 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１３ Ｎｏ．２２ Ａｕｇ．２０１３ ⑥２０１３ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
基于Ｅ类放大器的无线电能传输系统的
参数设计与仿真
薛伟民戴卫力 唐伟 张俊康
（江苏省输配电装备技术重点实验室，河海大学物联网工程学院，常州２１３０２２）
摘要 研究了基于Ｅ类放大器的无线电能传输系统。着重分析了Ｅ类放大器的工作原理、系统的各功能组成部分；并基于 ＲＡＡＢ条件给出了电路关键参数的设计方法，实现了Ｅ类放大器开关管的ＺＶＳ和ＺＤＳ。最后，通过Ｓａｂｅｒ仿真软件建立了系 统的耦合传输电路模型，并对系统参数进行了电路仿真。仿真结果表明，理论设计参数很好地符合了仿真结果。 关键词无线电能传输 Ｅ类放大器 电磁耦合 ＺＶＳ 中图法分类号ＴＮ８０１； 文献标志码Ａ
传统电气设备的供电都是通过插头或插座等
电连接件进行直接接触供电。这种传输方式由于
存在摩擦、磨损和裸露导线，很容易产生接触火花，
影响供电的安全和可靠性，缩短电气设备的使用寿
命。而无线电能传输使供电端与用电设备之问并
非直接连接，因此是一种安全、可靠的新型电能传
输方式，在电动汽车、航空航天、电力系统、新能源
发电、医疗仪器、通讯设备等领域具有广泛的应用
前景。
目前，实现无线电能传输的技术方案主要包括
感应耦合电能传输、射频以及电磁共振 。本文主
要研究了基于Ｅ类放大器的非接触式感应耦合电
能传输技术。给出了基本的参数设计方法，并利用
Ｓａｂｅｒ软件建立了电路仿真模型，进行了设计参数的
仿真验证。
１ 系统构成
感应耦合电能传输系统的典型结构如图１所
示：除弱电控制部分外，由发射电路、接收电路和耦
２０１３年４月１８日收到 国家级大学生创新训练项目 （２０１１１０２９４０４３）、江苏省输配电装备技术重点 实验室开放基金（２０１０ＪＳＳＰＤ０１）资助 通信作者简介：戴卫力：男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向： 功率变换技术、新能源发电及电机设计与控制。 合装置三大部分所组成。发射电路将直流电转换
电磁感应无线充电的联合仿真研究
电磁感应无线充电的联合仿真研究
一、概述
随着科技的快速发展，无线充电技术以其便捷性和高效性逐渐受到广泛关注。特别是电磁感应无线充电技术，其基于法拉第电磁感应定律实现电能的无接触传输，已成为当前研究的热点。无线充电技术的实际应用仍面临许多挑战，如传输效率、安全性、系统稳定性等问题。对电磁感应无线充电技术进行深入研究和优化显得尤为重要。
联合仿真作为一种有效的研究手段，能够综合考虑无线充电系统的多个因素，如线圈设计、电磁场分布、能量传输效率等，从而更准确地预测和评估系统的性能。通过联合仿真，我们可以对无线充电系统进行全面的优化设计，提高传输效率，降低能量损耗，提升系统的稳定性和安全性。
本文旨在通过联合仿真研究电磁感应无线充电技术，探讨其关键技术和影响因素。我们将首先介绍电磁感应无线充电的基本原理和系统组成，然后分析联合仿真的基本方法和流程，最后通过具体案例展示联合仿真在电磁感应无线充电研究中的应用和效果。本文的研究结果将为电磁感应无线充电技术的发展提供有益的参考和指导。
1. 无线充电技术的背景与意义 随着科技的不断进步和人们对便捷生活的追求，无线充电技术应运而生，成为近年来备受关注的研究热点。该技术源于无线电力输送理论，利用电磁感应或磁共振原理，实现电能从充电设备到接收设备的非接触式传输。无线充电技术无需传统的充电线缆和接口，不仅提高了充电的便捷性，还避免了线缆磨损、接口老化等问题，为现代电子设备的使用带来了革命性的变革。
无线充电技术的意义不仅在于其便利性，更在于其对整个科技行业、零售行业、服务供应商和消费者带来的深远影响。对于科技行业来说，无线充电技术有助于推动移动设备、智能家居、物联网等领域的快速发展。随着越来越多的设备支持无线充电，行业内的技术创新和竞争也将更加激烈。对于零售和服务行业来说，无线充电技术的普及将促使公共场所如咖啡馆、机场、饭店等设置无线充电站，为消费者提供更加便捷的服务体验，同时也为商家提供了增值服务的机会。对于消费者来说，无线充电技术意味着更加便捷、高效、安全的充电体验，不再受到线缆、插座等物理限制，真正实现随时随地为设备充电的梦想。
磁耦合无线电能传输实验报告
磁耦合无线电能传输实验报告
1 .引言
随着电动汽车、移动设备等技术的快速发展，无线电能传输技术越来越受到关注。磁耦合无线电能传输技术作为一种非接触式电能传输技术，具有可在不同频率下工作、对环境干扰小等优点，因此备受关注。本实验旨在探究磁耦合无线电能传输的原理、材料和方法，并测试和分析其传输效率、距离等关键因素。
2 .实验原理
磁耦合无线电能传输技术是基于电磁感应原理的。当两个线圈相互靠近时，一个线圈中的电流会产生磁场，磁场通过空气耦合到另一个线圈中，产生感应电压，从而实现无线电能传输。本实验中，我们采用磁耦合的方式进行无线电能传输，其中发射线圈和接收线圈通过磁场进行能量传递。
3 .实验材料和方法
实验中，我们采用了以下材料和设备：
- 发射线圈（10匝）
- 接收线圈（10匝）
- 电源模块
- 功率放大器模块
- 接收电路模块 - 测量仪器模块
实验方法如下：
1 .将发射线圈和接收线圈分别固定在实验平台上。
2 .将电源模块连接到发射线圈上，并通过功率放大器模块将电流增大到一定程度。
3 .将接收电路模块连接到接收线圈上，以便接收电能并进行后续处理。
4 .使用测量仪器模块，测量接收线圈中的电压和电流，以及传输效率等参数。
5 .实验结果
通过实验，我们得到了以下数据：
I实验次数I传输效率(％)I传输距离(Cm)I接收电压
(V)I接收电流(mA)I
I1I75I2I12.5|250|
I2I65I4I10.5|220|
I3I80I6I14.0|260|
根据这些数据，我们可以得出结论：传输效率随着传输距离的增加而降低，并且接收电压和电流也受到传输距离的影响。
5 .实验分析
根据实验结果，我们发现传输效率受到传输距离、接收线圈和发射线圈之间的耦合系数等因素的影响。当传输距离增加时，耦合系数降低，导致传输效率下降。此外，接收线圈和发射线圈之间的相对位置和尺寸也会影响耦合系数，进而影响传输效率。为了提高传输效率，我们可以通过调整发射线圈和接收线圈的匝数、半径、相对位置等参数来优化设计。
非接触式扭矩仪中的感应供电技术
２０１１年
第１０期 仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２０１１
Ｎｏ．１０
非接触式扭矩仪中的感应供电技术
张桂香 ，陈涛 ，胡 芳
（１．湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙４１００８２；２．湖南大学教育技术与工程训练中心，湖南长沙４１００８２）
摘要：为了实现非接触式扭矩仪中的转子电路的无线供电，设计了采用单管谐振变换和松耦合变压器的感应耦合电
能传输系统，并且通过状态空间法对等效的电路拓扑进行了建模分析。实验结果表明：可以使用该模型较为精确地分析
电路的性能，同时，利用感应耦合供电系统中松耦合变压器原副边可分离的特点，可以实现非接触式扭矩仪中的无线感应
供电，对类似应用也有一定的参考价值。
关键词：扭矩仪；感应耦合电能传输；松耦合
中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２０１１）１０—００１８—０３
Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ
Ｎｏｎ．ｃｏｎｔａｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＺＨＡＮＧ Ｇｕｉ－ｘｉａｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｔａｏ ，ＨＵ Ｆａｎｇ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｒｏｔａｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ，ａｎ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ＣＯＵ—