电动汽车无线充电系统中漏磁场的被动和主动屏蔽方法研究

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近年来,随着无线电能传输技术的应用和发展,电动汽车无线充电系统的相关问题成为本领域的研究热点。电动汽车无线充电系统在工作时会在其周围产生漏磁,漏磁的存在不仅会降低系统的传输效率,同时也会对周围人体的安全产生影响。针对电动汽车无线充电系统中漏磁场的屏蔽问题,目前主要有被动屏蔽和主动屏蔽两种屏蔽方法。被动屏蔽方法多采用铁氧体与铝板的组合屏蔽方式,这种屏蔽方法虽然可以对系统周围的漏磁起到良好的屏蔽作用,但由于铝板的使用不可避免地降低了初级侧与次级侧的耦合程度,从而影响到系统的传输性能。主动屏蔽方法则是利用屏蔽线圈产生的反向磁场来衰减目标区域中的漏磁,而这种屏蔽方法又存在着调整复杂、影响系统传输效率、与次级侧存在负耦合等诸多问题。针对目前屏蔽方法中存在的问题,本文提出了双铝环被动屏蔽方法和双环式主动屏蔽方法,分别进行了优化设计,并对两种屏蔽方法对目标区域的屏蔽效果以及对系统传输性能的影响进行了实验验证。主要研究内容有:(1)通过仿真分析了磁屏蔽结构对磁耦合机构周围磁场分布及互感的影响,并基于电路理论研究了磁屏蔽对无线电能传输系统传输性能的影响;(2)从被动屏蔽的角度,提出了在发射端外侧设置内侧铝环和外侧铝环的双铝环被动屏蔽方法,以替代发射侧的铝板屏蔽。首先将传输线圈之间的互感、目标面的最大磁感应强度作为优化目标,对内侧铝环的边长、宽度进行了优化。在此基础上,将目标面上与发射线圈处在同一水平线的最大磁感应强度作为优化目标,对外侧铝环的边长、宽度进行了优化;(3)从主动屏蔽的角度,提出了在发射回路反向串联双环式屏蔽线圈的主动屏蔽方法,将屏蔽线圈和接收线圈之间的互感、目标面上的最大磁感应强度、屏蔽线圈的长度作为优化目标,对外环侧线圈边长、内环侧线圈匝数、外环侧线圈匝数进行了优化;(4)构建了输入功率为1.5 k W的实验系统,对所提双铝环被动屏蔽、双环式主动屏蔽对目标区域屏蔽效果进行了验证,探究了磁屏蔽结构对系统传输性能的影响,并与铝板屏蔽进行了对比。所提磁屏蔽方法改善了铝板导致的耦合程度大幅降低的问题,有助于进一步提高系统的传输性能,为磁屏蔽结构设计提供了重要参考。
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