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)化設計.pdf

1、近年來，無線電能傳輸(WPT)技術不斷發(fā)展，逐漸成為國內外學術界關注的熱點技術。作為無線電能傳輸技術發(fā)展的新方向，磁耦合諧振式WPT技術具有可實現(xiàn)中遠距離電能傳輸、效率高、輻射小和非磁性物體對系統(tǒng)影響小等特點。磁耦合諧振式WPT技術在便攜式電子設備、智能家居以及電動汽車等軌道交通領域都有廣闊的應用前景。目前，國內外專家學者已經(jīng)針對磁耦合諧振式WPT技術展開研究，并取得一定成果，但有些問題尚未進行系統(tǒng)性研究。例如，磁耦合諧振式WPT系統(tǒng)在

2、移動狀態(tài)下，線圈的電磁分析和優(yōu)化設計。
　　本文正是基于這個問題進行研究分析，磁耦合線圈的設計直接影響WPT的性能，是WPT系統(tǒng)研究的核心內容。以電動汽車為例，首先分析磁耦合諧振式WPT系統(tǒng)結構和電能傳輸過程。然后采用互感模型理論，建立等效電路模型，并通過Maxwell仿真進行電磁分析。最后以提高系統(tǒng)效率，增強抗偏移能力，降低系統(tǒng)輻射為目標對線圈進行優(yōu)化設計。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、，對比分析選擇串聯(lián)-串聯(lián)諧振補償結構，建立系統(tǒng)等效電路模型，在此基礎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基本特性。
　　(2)耦合線圈的優(yōu)化設計以提高系統(tǒng)傳輸效率、增強抗偏移能力和降低輻射為優(yōu)化目標。在已有模型基礎上，通過Matlab仿真計算效率等參數(shù)最優(yōu)值，優(yōu)化設計線圈參數(shù)。優(yōu)化設計主要是針對耦合線圈參數(shù)和結構進行優(yōu)化。結構優(yōu)化包括對比分析選擇抗偏移能力好的矩形平面螺旋結構作為耦合線圈結構，加入平面磁芯結構提高

4、耦合系數(shù)。
　　(3)通過Maxwell仿真軟件，對WPT過程中耦合線圈抗偏移能力進行電磁仿真和分析，得到線圈最優(yōu)傳輸距離和平面磁芯結構最優(yōu)位置。
　　(4)根據(jù)優(yōu)化后參數(shù)計算可得耦合線圈實體模型參數(shù)，繞制耦合線圈，搭建系統(tǒng)實驗平臺，對優(yōu)化后線圈進行實驗分析。實驗可得優(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)在移動狀態(tài)下的電磁分布，而且對磁耦合線圈