磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)線圈的電磁分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，無線電能傳輸(WPT)技術(shù)不斷發(fā)展，逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)。作為無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展的新方向，磁耦合諧振式WPT技術(shù)具有可實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離電能傳輸、效率高、輻射小和非磁性物體對(duì)系統(tǒng)影響小等特點(diǎn)。磁耦合諧振式WPT技術(shù)在便攜式電子設(shè)備、智能家居以及電動(dòng)汽車等軌道交通領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)針對(duì)磁耦合諧振式WPT技術(shù)展開研究，并取得一定成果，但有些問題尚未進(jìn)行系統(tǒng)性研究。例如，磁耦合諧振式WPT系統(tǒng)在

2、移動(dòng)狀態(tài)下，線圈的電磁分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本文正是基于這個(gè)問題進(jìn)行研究分析，磁耦合線圈的設(shè)計(jì)直接影響WPT的性能，是WPT系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容。以電動(dòng)汽車為例，首先分析磁耦合諧振式WPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電能傳輸過程。然后采用互感模型理論，建立等效電路模型，并通過Maxwell仿真進(jìn)行電磁分析。最后以提高系統(tǒng)效率，增強(qiáng)抗偏移能力，降低系統(tǒng)輻射為目標(biāo)對(duì)線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的主要研究工作如下:
　　(1)采用互感理論模型分析WPT過程

3、，對(duì)比分析選擇串聯(lián)-串聯(lián)諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)等效電路模型，在此基礎(chǔ)上分析功率效率特性、頻率特性、距離特性和方向特性這四個(gè)基本特性。
　　(2)耦合線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高系統(tǒng)傳輸效率、增強(qiáng)抗偏移能力和降低輻射為優(yōu)化目標(biāo)。在已有模型基礎(chǔ)上，通過Matlab仿真計(jì)算效率等參數(shù)最優(yōu)值，優(yōu)化設(shè)計(jì)線圈參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是針對(duì)耦合線圈參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括對(duì)比分析選擇抗偏移能力好的矩形平面螺旋結(jié)構(gòu)作為耦合線圈結(jié)構(gòu)，加入平面磁芯結(jié)構(gòu)提高

4、耦合系數(shù)。
　　(3)通過Maxwell仿真軟件，對(duì)WPT過程中耦合線圈抗偏移能力進(jìn)行電磁仿真和分析，得到線圈最優(yōu)傳輸距離和平面磁芯結(jié)構(gòu)最優(yōu)位置。
　　(4)根據(jù)優(yōu)化后參數(shù)計(jì)算可得耦合線圈實(shí)體模型參數(shù)，繞制耦合線圈，搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)優(yōu)化后線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)可得優(yōu)化后線圈系統(tǒng)傳輸效率提高12％，抗偏移能力最大可提高57.6％。
　　本文的研究不僅研究了磁耦合諧振式WPT系統(tǒng)在移動(dòng)狀態(tài)下的電磁分布，而且對(duì)磁耦合線圈