无线电能传输系统中异物检测技术的研究与应用

发布时间：2020-09-19 21:33

　　无线电能传输技术近年来受到越来越多的关注,金属异物检测是无线电能传输技术商业化推广的主要瓶颈之一。以电动汽车行业为例,无线电能传输功率等级大,谐振磁场是高频交变强磁场。因为涡流效应,金属异物入侵不仅影响系统的传输效率,且其损耗密度很大,将造成较高的局部温升,从而危害系统安全性。本文针对电动汽车无线电能传输系统,致力于研究能够快速、有效、精确地辨识入侵金属异物的检测方法。首先,本文介绍了谐振式无线电能传输技术。在此基础上剖析了交变磁场中金属发热的原理,分析了金属材质、金属形状、金属大小、磁场方向、磁场频率、磁场大小等因素对金属涡流损耗的影响,为识别具有严重危害性的金属异物提供理论基础。其次,以电动汽车领域的SAE-J2954无线电能传输标准规定的线圈为例,分析了发射线圈和接收线圈磁场的分布情况。以铁磁性金属与非铁磁性金属两类异物为研究对象,分析了两种异物在不同方向的环境磁场中产生的畸变磁场分布情况,在此基础上,根据是否存在畸变磁场来检测金属异物。为后文设计合理的检测线圈提供可靠的理论依据。接着,本文选择磁通梯度计检测畸变磁场,并从多个角度阐述了检测线圈的设计要点。在分析平放梯度计检测效果影响因素的基础上,对线圈结构进行了优化设计,提出了平放梯度计对称排列方法,提高了对环境磁场的抗干扰能力。针对平放梯度计结构无法完全消除环境磁场干扰的问题,提出了立放梯度计结构。仿真分析表明立放梯度计结构不仅可以消除环境磁场的干扰,而且具有节省线圈材料,检测盲点更少的优点。最后,本文搭建了一套金属异物检测系统,分别针对平放梯度计和立放梯度计结构设计了检测线圈及畸变磁场信号处理电路。实验结果表明本文提出的对称排列平放梯度计检测线圈能有效减小环境磁场的干扰,准确识别金属异物;提出的立放梯度计检测线圈可有效消除环境磁场的干扰,准确识别金属异物,并且采用简单的错放排列方式即可有效减少检测盲点的数量。实验验证了本文理论设计的可行性与有效性。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM724
【部分图文】：

情况,金属异物,涡流,检测线圈

１．２选题背景逡逑在无线电能传输技术的实际应用中，一般由意外造成金属异物的入侵。例如逡逑随意放置的钥匙、硬币等小型金属，或遗留在无线电能传输系统工作区域中的金逡逑属修理工具等，若没有及时移除金属异物，则将对无线电能传输系统造成危害，逡逑因而需要智能、自动、有效的金属异物检测技术来保障无线电能传输的安全性。逡逑无损探伤技术常用来检测金属加工品的缺陷（裂缝、填充不规则等）。其理逡逑论对金属异物检测具有一定的参考价值。逡逑文献［４］中详细阐述了电磁感应检测在无损探伤中的应用，文献中还详细分逡逑析了电磁感应检测的理论根据及磁场畸变的拾取方法。其中提到涡流换能器的概逡逑念，即将检测线圈置于交变磁场中，利用电磁感应原理，采样检测线圈感应出的逡逑涡流，以此作为交变磁场是否发生畸变的判定依据。文中根据涡流换能器拾取到逡逑的畸变信号，判断金属被测件是否存在缺陷。但由于该文献主要侧重对管材、线逡逑

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逦无线电能传输系统中异物检测技术的研宄与应用逦逡逑检测单元感应电压为０；或将异常时感应电压减去初始感应电压作为最终检测感逡逑应电压，以排除形状不对称对检测精度的影响。于此同时，将线圈单元沿宽度方逡逑向排列，如图１－６所示，将得到一个检测单元阵列，磁场畸变信号出现时该阵列逡逑不仅可以及时发现，还可以根据信号来源的行数来判断金属异物位置，当使用两逡逑个不同方向的检测阵列时，通过笛卡尔坐标系的转换，可以确定金属异物的具体逡逑位置，具有极高的实用价值。逡逑—

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