【摘 要】
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人们对环境问题的关注以及对清洁能源的需求推动了电动汽车的普及,在电动汽车发展中,电动汽车传统的接插件插拔方式存在着诸多弊端:如易漏电、接触损耗、机械磨损和接口限制等,并且车载供电电池组存在着存储容量有限、电池组笨重昂贵等问题,都极大地限制了电动汽车的发展与推广。无线电能传输技术以“非接触”的方式能够实现车辆行驶过程中的“边走边充”,从而解决了电动车在应用中的问题。目前,电动汽车无线充电方式是将发射
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人们对环境问题的关注以及对清洁能源的需求推动了电动汽车的普及,在电动汽车发展中,电动汽车传统的接插件插拔方式存在着诸多弊端:如易漏电、接触损耗、机械磨损和接口限制等,并且车载供电电池组存在着存储容量有限、电池组笨重昂贵等问题,都极大地限制了电动汽车的发展与推广。无线电能传输技术以“非接触”的方式能够实现车辆行驶过程中的“边走边充”,从而解决了电动车在应用中的问题。目前,电动汽车无线充电方式是将发射机构埋设在道路下,接收机构置于电动汽车底盘处,从而给电动汽车实时供电。本文提出一种电动汽车动态无线充电方案:将电动汽车轮胎作为无线充电系统的接收机构,减小无线充电系统发射机构与接收机构的间隙,提高电能传输效率,重点围绕电动汽车轮胎与汽车之间的电能传输展开研究,设计一种新型的旋转式非接触电能传输装置,位于轮胎与车身之间,使得高速旋转轮胎上的电能以非接触的方式传递到车身上,为电动汽车电机或电池供电,具体研究如下:首先分析了电动汽车无线充电的研究内容和背景。对电动汽车无线充电系统及旋转耦合器的国内外研究现状进行了总结与分析,明确了本文的研究目的。其次,研究电动汽车无线充电系统的结构组成和工作原理。对充电系统的需求进行分析,对比三种无线传输技术,选用电磁感应式旋转耦合器。详细介绍了旋转耦合器的结构特点和分类,建立了旋转耦合器的磁阻模型、漏感模型和互感模型,阐述了耦合器的能量传输特性。再次,对旋转式耦合器进行设计及相关计算。根据汽车轮胎与车身相关参数,确定旋转耦合器的初步方案,研究影响旋转式耦合电能传输效率的因素,对旋转耦合器的磁芯及线圈规格进行选型。对轴式及平面式旋转耦合器进行轴向偏移仿真,确定了轴式旋转耦合器在轴向偏移时,旋转耦合器的传输更加稳定。在传统旋转耦合器的基础上,提出改进型轴式结构。最后,对旋转耦合器进行仿真及搭建实验平台。通过Maxwell对所设计的旋转耦合器进行仿真分析,验证方案的可行性。然后采用S-P补偿电路,通过ANSYS Simplorer与Maxwell联合对旋转耦合器无线电能传输系统进行仿真,验证了系统的工作特性。进一步搭建硬件平台进行实验,对旋转耦合器的性能进行测试分析,结果表明,旋转耦合器能够使用在电动汽车轮胎与车身之间,进行能量传输。
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