【摘 要】
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目前感应式无线电能传输技术已经成功应用于手机、医疗、矿区、电动汽车等商业领域。在移动式的大功率充电场合,该技术更是具有发展空间大,市场应用前景广等特点。该模式下,电动汽车无需携带更多的电池组,从而降低了汽车的造价和重量,并且提高了汽车的续航能力等。与静态下充电不同,动态感应式无线电能传输系统的副边机构会沿着原边线圈铺设的方向移动。然而原边和副边线圈的互感变化使得系统的输出电压会出现较大波动,导致系
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目前感应式无线电能传输技术已经成功应用于手机、医疗、矿区、电动汽车等商业领域。在移动式的大功率充电场合,该技术更是具有发展空间大,市场应用前景广等特点。该模式下,电动汽车无需携带更多的电池组,从而降低了汽车的造价和重量,并且提高了汽车的续航能力等。与静态下充电不同,动态感应式无线电能传输系统的副边机构会沿着原边线圈铺设的方向移动。然而原边和副边线圈的互感变化使得系统的输出电压会出现较大波动,导致系统稳定性降低。因此在动态无线电能传输系统中保证输出电压波动小成为一个关键问题。为了使得系统输出电压波动较小,目前的动态感应式无线电能传输系统通常采用连续铺设的发射线圈,从而尽可能保证磁场的连续和平稳。然而,在城市路面应用场景中,时常存在减震带、传感器以及井盖等设施。当这些设施与连续铺设的原边线圈出现交叉和重叠时,系统的输出电压将出现较大波动,系统效率明显降低。因此在敷设原边线圈时,为了避开道路上这些不可忽略的设施,需要在相邻原边线圈之间预留间隙,提供安装空间。据此,本文首先给出了一种增加相邻原边线圈间距的电磁耦合机构,可在间隙内安装这些设施,减小其对系统输出特性的影响。随后利用电磁仿真软件模拟耦合机构的动态过程,计算出系统互感的波动情况。其次构造了互感的数学模型,通过优化副边Q线圈的匝数和相邻副边线圈的间距,使得原边与副边线圈间的互感波动达到最小,从而实现系统输出电压波动小的目标。接着对系统的电路拓扑以及阻抗模型进行了分析和推导。最后,基于本文的优化结果,搭建了一个550W的实验样机。在动态移动过程中,系统输出电压波动范围为±2.76%,系统效率在89.01%-90.72%之间。根据实验结果表明,将200mm的铁块放置在间距为300mm的相邻原边线圈间隙内时,可忽略其对系统输出电压和效率的影响。另外,本文给出的优化方案可有效地抑制输出电压的波动。
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