华南理工科研团队发表磁耦合无线电能传输系统拓扑发展的研究综述
近年来，多载磁耦合无线电传输技术已成为研究热点。其中，系统拓扑是一个关键的研究内容，可以确定该技术是否可以满足不同应用程序方案的需求。为此，南中国特理工大学的电力学院Sun Shubin，Zhang Bo，Li Jianguo，Shu Xujian和Rong Chao在2022年的《电力技术杂志》中写道多载磁耦合无线电源传输系统和分析的拓扑。
研究人员首先将多载磁耦合无线电传输系统的拓扑分类，然后分析拓扑，例如单个电容补偿类型，高端阻抗匹配类型，多米诺骨牌结构类型和多渠道类型。补偿网络类型，系统结构方法和电力传输方法，并介绍主要类型拓扑的工作原理，优势和缺点或适用的场合；最后，提出了多载磁耦合无线无线电能源传输系统所面临的问题，未来的发展趋势正在期待未来的发展趋势本质
基于磁场耦合技术的无线功率传输（WPT）技术已实现了无线能源的传输，帮助人们摆脱了电缆的限制，并为人类社会带来了很多便利。与单个负载无线电传输技术相比，多载无线电传输技术具有更大的功率密度，更高的激励源利用率和更多免费的接收负载空间。近年来，它已成为研究热点。
但是，由于负载的多样性和传输线圈之间的磁场的交叉耦合开yun体育官网入口登录app，多载量无线电传输技术面临许多问题：①传输线圈或接收线圈之间的交叉耦合导致系统失败导致系统失败表现; ②接收负载之间的干扰会导致复杂的控制策略； ③很难根据需要分配每个负载的接收能力，以使技术的实际进度缓慢； ④系统的输出特性和传输性能对工作条件非常敏感，这限制了技术应用的技术； ⑤增加由系统寄生阻力引起的损失增加引起的传输线圈损失的增加。
然而，这项技术因其潜在的优势和应用前景而引起了国内外研究学者的广泛关注，并已开始应用于便携式设备，智能家居，医疗设备和运输。
行业学者从控制策略设计，逆变器优化，传输线圈设计和系统拓扑创新方面研究了许多有关多载无线电传输技术的研究，这使技术的过程加速了实用应用。作为关键研究内容，系统拓扑的创新在很大程度上决定了该技术是否可以应用于不同的应用程序方案。现有的单个负载负载无线电传输拓扑通常成为多载无线电传输拓扑创新的灵感来源，但是与前者相比，后者的拓扑结构更加多样化，理论分析更为复杂，并且优化更为复杂难的。
经过十多年的发展，多载无线电传输技术在拓扑创新方面富有成果。南中国技术大学电力学院的研究人员从这个角度梳理了现有的研究结果和原理，并提出了一种有效的分类方法，以提供有关多载无线电能源传输系统拓扑的相关研究的参考。通常，多载无线电传输系统的拓扑可以分为五类。每个类别都可以细分为多个小类，如图1所示。它们首先阐述了不同类型的拓扑的无线电能量传输的机制和特征，然后指出了多载无线电能量的拓扑所面临的问题传输系统，最后期待未来的发展趋势。
图1多载磁耦合WPT系统拓扑分类
就拓扑而言，研究人员主要从阻抗匹配网络/补偿网络开元ky888棋牌官网版，发射端和接收方以及多载磁磁耦合的传输来源的电路关系方面得到改善。表1总结了拓扑，优势和缺点的多载无线电传输及其在该研究所的适用场合。
表1多载磁耦合WPT拓扑特征摘要
抑制性甚至消除交叉耦合干扰和实现接收功率的按需分布是多载磁耦合无线电能传输系统的重要问题。研究人员总结了现有拓扑使用的解决方案：如下：
1）为了消除线圈之间的交叉耦合的影响，该解决方案主要是专门设计的，补偿电路调整和多通道传输。线圈设计主要取决于线圈形状的特殊设计以及磁心的特殊设计以及位置的垂直或长距离，以改善磁场的分布，然后抑制交叉耦合的影响；补偿电路调节可以通过更改电路的类比来抵消交叉耦合变量；通道传输使用多个不同的频率传输能量，并且接收线圈电路的固有频率不同，从而减少了不同线圈之间的交叉耦合。
2）实现电力分配的主要方法等同于负载阻抗调节和频率调节传输。等效载荷阻抗法规需要配置接收侧的活动整流器电路或DC变压器和其他DC变压器。相关算法控制转换器用于获得最佳的等效载荷阻抗，以达到按需分配功率的需求。 FM传输使用与固有频率接收电路相似的能量的特性，以使能量流到目标负载。
研究人员指出，为了适应不同的应用程序场景，多载无线电传输技术出现了许多不同类型的拓扑。他们期待着各种类型的多载WPT拓扑的潜在应用前景：
1）单个电容补偿类型：这种类型的拓扑可以构成发射圈并扩大有效的工作范围。它可以应用于智能家庭产品，物联网设施，传感器网络等，以改善生活的便利性。
2）高级别的阻抗匹配类型：这种类型的拓扑可以实现与负载的操作特性无关的恒定电压/恒定电流输出。同时，系统运行广泛。它可以应用于动态充电方案开yunapp体育官网入口下载手机版，例如电动汽车充电。
3）多米诺结构类型：这种类型的拓扑有望实现长距离无线继电器电源。它可用于矿山照明设施，地铁线设备和其他场合，以降低电缆铺设的成本和维护难度。
4）多通道类型：这种类型的拓扑可以为不同类型的负载执行无线充电。它可以应用于常见的消费电子设备（例如智能手表，智能手机，蓝牙耳机等），以构建一个均匀的多智能设备无线充电无线充电平台。
他们接着说，尽管目前已经研究了许多研究结果，但系统的整体效率仍然存在多载无线电传输拓扑，严重的热供暖，过度空间占用，有限的变速箱距离，接收负载的自由度不足位置，功率分配的功率差合理，接收侧干扰或输出对负载条件更敏感。
在以下四个方面，需要进一步改善多载无线电传输到拓扑的多载无线电能源传输的发展：
1）源阻抗匹配网络的创新和改进。被动IMN可以实现负载载荷的输出特性，但无法实现主动调整。现有的主动IMN可用于调节功率的合理分配，校正参数漂移或增加系统的电压电流增益，但是工作条件的要求相对苛刻，其中大多数只能牺牲其他需求并满足其他需求部分要求。因此，进一步探索了持续调整的积极IMN的进一步探索，并利用“身体和多个工作”的潜在能力，这使其同时满足了各种需求，这是未来的发展趋势之一。
2）进一步提高系统兼容性。随着电子设备，电动工具，便携式医疗设备和电动汽车的进一步普及，已经形成了各种无线电能源传输技术标准，并且设计指标（例如每个标准之间的工作频率）非常不同。混合通信源的使用可以帮助与这些标准兼容，但是现有的研究结果仍然具有少量的系统频率，只能涵盖个体标准。有必要进一步进行有关混合AC源和发射器的研究。
3）增加负载位置的自由度。目前，多载无线电传输技术的实际应用很难以任何角度接收负载和充电的长距离。飞机发射阵列和三维发射线圈结构有利于改善此问题。一种新型的发射线圈结构的本质清单，该结构可以结合现有技术的优势以及控制算法的定位功能，或基于新的无线电能源传输机制（例如出现在近年来），然后意识到接收负载的全面迅速充电。这将是未来发展趋势之一。
4）系统性能，例如传输效率和整个机器效率的优化。由于电线的寄生参数以及在高频条件下电源设备的损失，多载无线电传输系统存在严重发烧，参数漂移和高效率等问题。但是，这些问题将逐渐解决超导材料和新功率设备的发展（例如石墨烯，氮化物（GAN），碳化硅（SIC）等）。有人提出，相应的技术将朝着高性能，微型化和高功率密度发展。
本文汇编了2022年的“电工技术杂志”，该文章的标题是“多载磁磁耦合组合无线电能传输系统的拓扑开发和分析”。第一作者是Sun Shubin，出生于1994年，是硕士学位，研究方向是无线电传输技术。通讯的作者是张博（Zhang Bo），生于1962年，是博士学位，教授和博士主管。研究方向是电气和电力传输。该主题得到了中国国家自然科学基金会的支持。
