多发射切换式无线电能传输系统耦合特性分析及效率优化
发布时间：2021-07-21 21:13
无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术能实现电力能量的无线输运,具有安全可靠的优点,因此引起了人们的广泛关注。然而,由于接收线圈位置的不确定性,发射线圈与接收线圈之间的位置偏移问题将导致其耦合系数降低,使得WPT系统的传输效率和稳定性显著降低。因此,探讨位置偏移下线圈间的耦合机理及其效率优化方法将对提升WPT系统传输性能具有重要意义。为解决线圈位置偏移问题对系统性能所造成的影响,本文从WPT系统能量传输机理出发,提出一种多发射切换式耦合机构,其中发射端为多个正六边形线圈,接收端为单个圆形线圈,以提高线圈偏移下WPT系统的传输效率与稳定性。同时,为深入剖析位置偏移下多发射切换式耦合机构的工作机理,基于电磁理论建立了耦合机构在轴对称及横向偏移工况下的互感模型,为耦合机构提供了一种简便灵活的互感计算方法,并运用Maxwell有限元方法对该互感计算方法进行了验证,证实了所提出的互感建模方法的正确性。其次,运用有限元方法定量分析了多发射切换式耦合机构的耦合系数随线圈横向偏移的演化规律,对比分析了圆形和组合正六边形的接收线圈在切换前后其耦合系数的差异,由此得到多...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１麻省理工的团队的研宂装置??ＷＰＴ作为一项新兴的科学技术己经广泛应用于各大领域，因其诸多的优点而具??
??文献Ｐ〇］中，厦门大学航空航天学院吴德会等人致力于研宄空间中任意两个同轴??矩形螺线线圈的互感耦合模型的解析建模，如图１－２所示。利用二阶矢量法来表达螺??旋形矩形线圈的电磁场分布。通过理论的推导，从而建立了任意空间中两个矩形线??圈之间的“异面”互感模型和“共面”互感模型。即当两线圈处于同一平面上时，??就使用“共面”模型，反之就使用“异面”互感模型。??个Ｚ??Ｃｏｉｌ?１?，?、＇?▲?ｆ”Ｖ?７｜??▲?＾：．．．．．．．．．．．丨－．．▲??１?▼?．?Ｉ?????１／???；??Ｕｊ：??Ｃｏｉｌ?０?＾?，Ｉ??图１－２含有线宽和厚度的实际矩形线圈??在圆形结构线圈的互感计算方面，在文献［３１］中，Ｇ．?Ｚｈｏｎｇ和Ｃ．?Ｋ．?Ｋｏｈ等人??研宂了相互平行的两个矩形截面之间的互感计算方法，并且给出了两条导线间互感??的计算公式。在文献［３２］中
Ｚｈａｎｇ和Ｉ．?Ｌｏｐｅ等人对以上工作做了概述，且提出了针对圆形线圈自感及互感通用??的计算方法。２０１６年Ｔａｖａｋｋｏｌｉ?Ｈ等人基于比奥－萨伐尔定律推导出了正六边形及正??八边形在轴对称位置下的互感计算方法［３６］，如图１－３所示，并将计算出来的结果与??有限元仿真的结果进行了对比，验证了该方法的准确性及可行性。??Ｚ??—一??＾?ｙ￣￣?？?ｙ?Ｔ?／￣ｉ￣ｒｈ?＂ｙ??ｖ?／?ｐ．，＊＼Ｋ，?．〇＾＼?／??Ｘ?ｘ??图１－３六边形与八边形在对称情况下的结构示意图??以上都是对同轴线圈得出的互感计算方法，而当线圈之间发生相对偏移时，很??多学者也找到了各种不同的解决办法。２０１１年Ｋｙｒｉａｋｉ?Ｆｏｔｏｐｏｕｌｏｕ等人推出了线圈的??几何形状及线圈相对偏移时互感的关系表达式，不仅分析了横向偏移的问题，也分??析了角度偏移问题，如图１－４所示，并且在推导过程中运用了比奥－萨伐尔定律与法??拉第电磁感应定律，避免了运用纽曼公式等方法引起的复杂积分问题［３７］。??ｋ／２．?Ｊｙ??＼?Ｌ?（?／Ｉ?＼＼?＾??ｔ?＼?々?Ｉ?＼＼?＾??ｙ?Ｔｘ?Ｃｏｉｌ?／?Ｔｘ?ｒ〇ｕ??Ｘ?Ｘ??图１－４圆形与方形线圈的角度偏移示意图??２０１２年黄学良等人［３８佣纽曼公式求解了不同偏移情况下线圈之间的互感，并得??出系统传输效率随互感的增大而增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法[J]. 李阳,张雅希,闫卓,杨庆新,薛明,张献. 电工技术学报. 2016(22)
[3]基于正四面体的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构[J]. 戴欣,李璐,余细雨,李艳玲,孙跃. 中国电机工程学报. 2016(23)
[4]基于最优等效负载控制的感应电能传输系统效率优化方法研究[J]. 麦瑞坤,刘野然,陈阳. 中国电机工程学报. 2016(23)
[5]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
[6]感应耦合与谐振耦合无线电能传输的比较研究[J]. 刘红伟,张波,黄润鸿,肖文勋,郭上华. 电气技术. 2015(06)
[7]无线电能传输系统中感应装置的横向错位对耦合系数的影响[J]. 倪卫涛,杨庆新,李阳,张献,刘维娜,何亚伟,张洋. 天津工业大学学报. 2014(02)
[8]电动大巴动力电池组的谐振分组式无线充电[J]. 宋显锦,刘国强,张超,夏慧,张瑞华,徐小宇. 电工技术学报. 2013(S2)
[9]无线电能传输系统线圈偏移研究综述:分析,效率提升与定位（英文）[J]. 严茂水,廖承林,陶成轩,王丽芳. 电工技术学报. 2013(S2)
[10]无线电能传输技术研究与应用综述[J]. 黄学良,谭林林,陈中,强浩,周亚龙,王维,曹伟杰. 电工技术学报. 2013(10)
硕士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输的阻抗匹配研究[D]. 邱利莎.湖南大学 2016
[2]用于家用电器的双负载无线电能传输系统的研究[D]. 雷阳.哈尔滨工业大学 2014
[3]用于家用电器的较大功率无线电能传输技术研究[D]. 吴家宏.哈尔滨工业大学 2013
[4]用于家用电器的无线供电关键技术研究[D]. 李玉鹏.重庆大学 2013
本文编号：3295787
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１麻省理工的团队的研宂装置??ＷＰＴ作为一项新兴的科学技术己经广泛应用于各大领域，因其诸多的优点而具??
??文献Ｐ〇］中，厦门大学航空航天学院吴德会等人致力于研宄空间中任意两个同轴??矩形螺线线圈的互感耦合模型的解析建模，如图１－２所示。利用二阶矢量法来表达螺??旋形矩形线圈的电磁场分布。通过理论的推导，从而建立了任意空间中两个矩形线??圈之间的“异面”互感模型和“共面”互感模型。即当两线圈处于同一平面上时，??就使用“共面”模型，反之就使用“异面”互感模型。??个Ｚ??Ｃｏｉｌ?１?，?、＇?▲?ｆ”Ｖ?７｜??▲?＾：．．．．．．．．．．．丨－．．▲??１?▼?．?Ｉ?????１／???；??Ｕｊ：??Ｃｏｉｌ?０?＾?，Ｉ??图１－２含有线宽和厚度的实际矩形线圈??在圆形结构线圈的互感计算方面，在文献［３１］中，Ｇ．?Ｚｈｏｎｇ和Ｃ．?Ｋ．?Ｋｏｈ等人??研宂了相互平行的两个矩形截面之间的互感计算方法，并且给出了两条导线间互感??的计算公式。在文献［３２］中
Ｚｈａｎｇ和Ｉ．?Ｌｏｐｅ等人对以上工作做了概述，且提出了针对圆形线圈自感及互感通用??的计算方法。２０１６年Ｔａｖａｋｋｏｌｉ?Ｈ等人基于比奥－萨伐尔定律推导出了正六边形及正??八边形在轴对称位置下的互感计算方法［３６］，如图１－３所示，并将计算出来的结果与??有限元仿真的结果进行了对比，验证了该方法的准确性及可行性。??Ｚ??—一??＾?ｙ￣￣?？?ｙ?Ｔ?／￣ｉ￣ｒｈ?＂ｙ??ｖ?／?ｐ．，＊＼Ｋ，?．〇＾＼?／??Ｘ?ｘ??图１－３六边形与八边形在对称情况下的结构示意图??以上都是对同轴线圈得出的互感计算方法，而当线圈之间发生相对偏移时，很??多学者也找到了各种不同的解决办法。２０１１年Ｋｙｒｉａｋｉ?Ｆｏｔｏｐｏｕｌｏｕ等人推出了线圈的??几何形状及线圈相对偏移时互感的关系表达式，不仅分析了横向偏移的问题，也分??析了角度偏移问题，如图１－４所示，并且在推导过程中运用了比奥－萨伐尔定律与法??拉第电磁感应定律，避免了运用纽曼公式等方法引起的复杂积分问题［３７］。??ｋ／２．?Ｊｙ??＼?Ｌ?（?／Ｉ?＼＼?＾??ｔ?＼?々?Ｉ?＼＼?＾??ｙ?Ｔｘ?Ｃｏｉｌ?／?Ｔｘ?ｒ〇ｕ??Ｘ?Ｘ??图１－４圆形与方形线圈的角度偏移示意图??２０１２年黄学良等人［３８佣纽曼公式求解了不同偏移情况下线圈之间的互感，并得??出系统传输效率随互感的增大而增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[2]磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法[J]. 李阳,张雅希,闫卓,杨庆新,薛明,张献. 电工技术学报. 2016(22)
[3]基于正四面体的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构[J]. 戴欣,李璐,余细雨,李艳玲,孙跃. 中国电机工程学报. 2016(23)
[4]基于最优等效负载控制的感应电能传输系统效率优化方法研究[J]. 麦瑞坤,刘野然,陈阳. 中国电机工程学报. 2016(23)
[5]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
[6]感应耦合与谐振耦合无线电能传输的比较研究[J]. 刘红伟,张波,黄润鸿,肖文勋,郭上华. 电气技术. 2015(06)
[7]无线电能传输系统中感应装置的横向错位对耦合系数的影响[J]. 倪卫涛,杨庆新,李阳,张献,刘维娜,何亚伟,张洋. 天津工业大学学报. 2014(02)
[8]电动大巴动力电池组的谐振分组式无线充电[J]. 宋显锦,刘国强,张超,夏慧,张瑞华,徐小宇. 电工技术学报. 2013(S2)
[9]无线电能传输系统线圈偏移研究综述:分析,效率提升与定位（英文）[J]. 严茂水,廖承林,陶成轩,王丽芳. 电工技术学报. 2013(S2)
[10]无线电能传输技术研究与应用综述[J]. 黄学良,谭林林,陈中,强浩,周亚龙,王维,曹伟杰. 电工技术学报. 2013(10)
硕士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输的阻抗匹配研究[D]. 邱利莎.湖南大学 2016
[2]用于家用电器的双负载无线电能传输系统的研究[D]. 雷阳.哈尔滨工业大学 2014
[3]用于家用电器的较大功率无线电能传输技术研究[D]. 吴家宏.哈尔滨工业大学 2013
[4]用于家用电器的无线供电关键技术研究[D]. 李玉鹏.重庆大学 2013
本文编号：3295787
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3295787.html
教材专著
