高频中功率磁耦合谐振式无线电能传输系统研究

发布时间：2020-05-24 17:40

【摘要】：随着仓储物流业的快速发展,AGV(自动导引运输车)逐渐成为智能物流的标配,由于AGV现有的传统接触式充电方式存在安全隐患、灵活性差、成本高等问题并不适应物流系统全自动运行要求,使得高安全性、高灵活性的高频中功率磁耦合谐振式无线电能传输系统应用于AGV中成为一种趋势。本文首先分析了无线电能传输系统的基本谐振补偿网络,并选择SP补偿网络作为研究对象。基于电路等效模型分析了 SP补偿谐振腔的工作原理。根据原理分析,研究了互感和负载的变化对SP补偿谐振腔输出功率的影响;并研究了 SP补偿谐振腔在不同耦合系数下,电压增益与副边品质因数和工作频率的关系,设计了高频中功率磁耦合谐振式无线电能传输系统。为锂电池充电采用恒流和恒压分段式充电方式,基于该充电方式研究了无线充电接收端闭环控制系统,建立电路模型并通过Matlab仿真分析电路模型的幅频和相频特性曲线,通过PI调节器补偿和调节充电控制系统的动态和稳态性能,实现闭环控制。根据以上理论分析及AGV场景下锂电池充电参数需求,有针对性地设计了高频中功率磁耦合谐振式无线电能传输系统硬件电路,主要包括原副边功率线圈的设计;谐振补偿网络的设计;全桥逆变电路和高频整流电路的器件选型、损耗计算以及散热器选择;接收端充电电路设计等。搭建了高频中功率磁耦合谐振式无线电能传输系统实物平台,传输功率达1500W,实现了 AGV场景下车载锂电池30A恒流充电,56V恒压充电功能。
【图文】：

自动导引,运输车

逦逦逡逑１绪论逡逑１－１课题研究背景、目的及意义逡逑近年来，随着互联网技术的不断革新，，仓储物流业在社会经济发展中占据的逡逑位置愈发重要，为了进一步提高仓储物流业整体的运行效率和效益，就需要加快逡逑推进智能物流，加强智能化物流装备的应用。仓储物流中把装卸搬运、分拣包装、逡逑加工配送这些重要环节无人化是建设智能仓储物流系统的关键，因此ＡＧＶ邋（自动逡逑导引运输车）在仓储物流业中的应用成为新的趋势。ＡＧＶ是集机械、电子、控制、逡逑计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装逡逑备，如图１－１所示。ＡＧＶ具有无人操作、自动化程度高、应用灵活、安全可靠、不逡逑占用固定地面等优点，全天候工作的特点对提高物流自动化程度和工作效率有着重逡逑要意义。逡逑

型线图,型线

逡逑（Ｈ形和圆形）的接收器，在谐振频率５０ｋＨｚ下效率最高可达９５％。下图１＿３所逡逑示分别为Ｈｅ型发射端与Ｈ形接收端和Ｈｅ型发射端与圆形接收端１１３］。逡逑逦逦—＾逦￣逡逑、曹々到逡逑图１－３邋Ｈｅ型发射端与不同类型接收端逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｈｅ邋ｔｙｐｅ邋ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ邋ａｎｄ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ逡逑新西兰奥克兰大学的研究团队，在２０１３年提出了双Ｄ型和ＤＤＱ结构的松耦逡逑合变压器，如下图１－４所示，该结构的线圈对线圈之间水平偏移、不对正容忍度高，逡逑且充电面积是单圆形线圈的四倍，非常适合高频和较高功率的无线电能传输；在逡逑２０１４年密歇根大学研宄团队采用双Ｄ型线圈结构研发了邋５．６ｋＷ的无线电能传输系逡逑统，在９５ｋＨｚ的谐振频率下传输效率可以达到９５．３６％＃１５］。逡逑图１？４邋ＤＤＱ和双Ｄ型线圈结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋ＤＤＱ邋ａｎｄ邋ｄｏｕｂｌｅ邋Ｄ邋ｔｙｐｅ邋ｃｏｉｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑威斯康星大学的科研团队提出了新型螺旋线圈结构，该结构能够在高频下减逡逑小集肤效应和临近效应造成的损耗，并适合于传输距离米级以上的无线电能传输逡逑系统，能够在传输距离３０ｃｍ情况下实现效率９５％的能量传输【１６］。逡逑韩国科学技术研究院带领的团队
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724

【参考文献】