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随着能源问题的产生,电动汽车(Electric Vehicle,EV)应运而生,同时无线电能传输(Wireless power transfer, WPT)技术的产生与发展给电动汽车带来了广阔空间,由于不需要电气连接,该技术可以使电动汽车在行进过程中进行充电,大大降低电动汽车行业对电池的要求。
磁耦合机构是电动汽车无线供电系统中的核心部分,因此对耦合机构的优化是提高系统充电性能的有效手段。本文从供电系统的原理出发,对磁耦合机构部分进行了理论分析,通过较为通用的“串联-串联”谐振拓扑推导出了耦合机构部分传输性能的数学表达式,通过对该表达式的处理和分析,指出了要优化耦合机构性能应从耦合机构的工作频率、线圈内阻和原、副边线圈互感着手。
对于磁耦合机构互感部分的优化,本文着手于磁芯的优化,从现有的阵列式、长线圈式、双极型发射导轨的对比分析出发,得出双极型导轨最具有优势,对双极型导轨中的I型、S型、N型导轨进一步对比分析,选出效果更好的N型导轨进行优化,针对N型导轨存在的磁芯用量大、导轨不易拆分检修的问题,提出了分段式N型发射导轨,在不降低磁耦合机构传输性能的前提下降低了磁芯用量,分割了导轨底板;针对其存在汽车行进方向上的性能波动的问题,设计了三相六线圈接收端来降低波动,提高稳定性,设计了三相三线圈接收端,以降低一定的传输功率为代价,在保证稳定性的情况下减少了线圈体积。
从工作频率和线圈内阻入手对磁耦合机构进行优化设计主要针对供电线在通过高频电流时的趋肤效应和邻近效应,在分析了两种高频效应原理的基础上,利用Maxwell电磁仿真软件进行磁场仿真,在使用利兹线来克服趋肤效应的基础上设计了多种绕线方式,通过对比分析,选择出了单排绕线法和环形绕线法来降低邻近效应的影响。
最后,本文针对耦合机构的优化设计,搭建了工作频率20kHz,传输距离20cm,传输功率20kW的大功率实验系统,验证了分段式N型发射导轨的优越性以及三相六线圈接收端的稳定性。
磁耦合机构是电动汽车无线供电系统中的核心部分,因此对耦合机构的优化是提高系统充电性能的有效手段。本文从供电系统的原理出发,对磁耦合机构部分进行了理论分析,通过较为通用的“串联-串联”谐振拓扑推导出了耦合机构部分传输性能的数学表达式,通过对该表达式的处理和分析,指出了要优化耦合机构性能应从耦合机构的工作频率、线圈内阻和原、副边线圈互感着手。
对于磁耦合机构互感部分的优化,本文着手于磁芯的优化,从现有的阵列式、长线圈式、双极型发射导轨的对比分析出发,得出双极型导轨最具有优势,对双极型导轨中的I型、S型、N型导轨进一步对比分析,选出效果更好的N型导轨进行优化,针对N型导轨存在的磁芯用量大、导轨不易拆分检修的问题,提出了分段式N型发射导轨,在不降低磁耦合机构传输性能的前提下降低了磁芯用量,分割了导轨底板;针对其存在汽车行进方向上的性能波动的问题,设计了三相六线圈接收端来降低波动,提高稳定性,设计了三相三线圈接收端,以降低一定的传输功率为代价,在保证稳定性的情况下减少了线圈体积。
从工作频率和线圈内阻入手对磁耦合机构进行优化设计主要针对供电线在通过高频电流时的趋肤效应和邻近效应,在分析了两种高频效应原理的基础上,利用Maxwell电磁仿真软件进行磁场仿真,在使用利兹线来克服趋肤效应的基础上设计了多种绕线方式,通过对比分析,选择出了单排绕线法和环形绕线法来降低邻近效应的影响。
最后,本文针对耦合机构的优化设计,搭建了工作频率20kHz,传输距离20cm,传输功率20kW的大功率实验系统,验证了分段式N型发射导轨的优越性以及三相六线圈接收端的稳定性。