【摘 要】
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无线电能传输（Wireless Power Transmission,WPT）作为当代新兴的能量传输方式,具有便捷、安全、可靠的特点,近年来受到人们的广泛关注。线圈作为WPT系统中重要组成部分,其耦合系数直接影响无线电能传输系统传输效率。线圈结构及其物理参数与耦合系数息息相关。因此,开展线圈结构及其参数优化研究,对提升WPT系统传输效率具有重要意义。针对提升线圈间耦合系数的问题,传统方法主要以优化
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无线电能传输（Wireless Power Transmission,WPT）作为当代新兴的能量传输方式,具有便捷、安全、可靠的特点,近年来受到人们的广泛关注。线圈作为WPT系统中重要组成部分,其耦合系数直接影响无线电能传输系统传输效率。线圈结构及其物理参数与耦合系数息息相关。因此,开展线圈结构及其参数优化研究,对提升WPT系统传输效率具有重要意义。针对提升线圈间耦合系数的问题,传统方法主要以优化圆形和方形等线圈结构及参数来加以解决,依然存在着磁场分布不均匀和偏移容忍度差等问题。为此,考虑到六边形线圈具有无缝拼接和成本效益高等特点,首先分析了紧密绕制和松散绕制六边形线圈边界磁场和中心磁场的特点,提出了一种适用于无线电能传输的组合串绕六边形线圈结构,并对该结构进行了参数优化,使得磁感应强度分布更均匀,借以提升偏移工况下WPT系统的传输效率。本文针对WPT系统组合串绕六边形线圈结构设计、互感建模及参数优化开展了以下工作:（1）基于电磁理论对传统六边形线圈进行了互感、自感建模,并对模型进行了仿真验证,利用所构建的机理模型,对紧密、松散绕制的六边形线圈进行了耦合特性分析。（2）结合紧密和散绕制线圈结构的优点,提出了组合串绕六边形线圈结构。建立了所提线圈结构的互感模型,通过Maxwell软件仿真证实了模型的正确性。在此基础上,运用控制变量法分析了组合串绕六边形线圈结构的耦合特性。（3）建立了组合串绕六边形线圈耦合系数优化的目标函数及约束条件,结合遗传算法实现了线圈参数的自动寻优。同时,借助Maxwell软件对比分析了磁芯布局对耦合系数的影响。最后,搭建了WPT系统实验平台,验证了所提线圈结构及参数优化方法的有效性,线圈优化后其耦合系数得以改善,提升了WPT系统的传输效率。
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