无线充电系统磁耦合机构的设计及优化
发布时间：2021-11-27 21:12
相比于有线充电,无线充电具有操作便捷、无接触火花、可适应恶劣环境、智能化等优势,可适应电动汽车、机器人等设备的自动化、无人化等发展前景,被认为是未来充电方式的必然趋势。目前无线充电技术虽然得到了极大的关注,但用于电动汽车、机器人等设备的大中功率无线充电技术并未成熟,其效率仍然有待提升,辐射等安全性问题仍然有待解决。磁耦合机构是无线充电系统能量转换和传输的核心部件,其设计的合理与否,直接关系到无线充电系统的功率、效率和辐射水平的高低。本文通过对磁耦合机构线圈的参数优化、磁芯结构的设计和优化、屏蔽层的屏蔽原理及结构设计三个方面给出了磁耦合机构的设计和优化方案,提升了无线充电系统效率,降低了系统辐射。本文分析了无线充电系统的基础理论,在此基础上推导了非谐振状态下无线充电系统的输出功率和效率表达式,并采用MATLAB编程绘制输出功率、效率与频率的关系曲线,给出系统发生频率分裂的条件,并分析了频率分裂对无线充电系统的影响;通过研究频率分裂的临界条件,提出频率分裂的解决方案,即通过合理设计磁耦合机构的线圈电感参数可以避免频率分裂的产生。此外,分别给出了发射线圈和接收线圈不发生频率分裂的临界电感值表...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２双极线圈结构??
如图ｌ－ｌ（ｂ）所示。此种线圈由于并排两线圈的绕向相反，使得两线圈中心磁??通加强，提高了线圈之间耦合和抗偏移能力。同时，为了提高该线圈Ｘ方向的抗??偏移能力，该团队又提出一种如图１－１（Ｃ）所示的ＤＤＱ（ＤＤ－ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ，ＤＤＱ）线圈，??并以ＤＤ线圈为发射线圈，ＤＤＱ线圈为接收线圈，相比于图ｌ－ｌ（ａ）所示单线圈磁??耦合机构，该种组合的磁耦合机构的充电区域增加了?４倍１＾。为了减小ＤＤＱ线??圈的绕线用量，ＺａｈｅｅｒＡ．又提出一种ＢＰ（Ｂｉｐｏｌａｒ，ＢＰ）线圈，如图ｌ－ｌ（ｄ）所示，代??替原来的ＤＤＱ线圈作为接收线圈，减少了?２５．１７％的绕线用量ｔ２１，２２］。??２０１７年７月，该团队又提出一种ＴＰ（Ｔｒｉｐｏｌａｒ，ＴＰ）线圈，如图ｌ－ｌ（ｅ）所示。该??团队采用该线圈作为发射线圈实现了?３．３ｋＷ的无线充电，并得出该线圈有更高??，?的耦合性能且能在接收线圈偏移情况下保持磁场泄露在国际标准之下［２３］。??此外
（ａ）磁芯数量的影响?（ｂ）磁场辐射的影响??图１－４密歇根大学的研宄??１．２．２国内研究现状??？?国内对ＷＰＴ技术的研究起步较晚，主要的研究单位有重庆大学、哈尔滨工??业大学、中科院电工研宄所、天津工业大学、东南大学、清华大学、山东大学等。??研究的主要方面包括电路拓扑创新、整体建模、磁场仿真、参数设计和优化等方??面。??（１）国内最早研宄ＷＰＴ技术的团队是重庆大学的孙跃教授团队，该团队于??２００２年即开始该技术的相关研宄。多年来，该团队主要致力于ＷＰＴ技术的传输??？?特性、频率特性、磁耦合机构优化、大功率电力电子变换技术等方面的研究［？３４］。??在磁耦合机构设计方面，２０１５年该团队在ＤＤ线圈的基础上设计了一种??ＤＬＤＤ（ＤｏｕｂｌｅｌａｙｅｒＤｏｕｂｌｅＤ，ＤＬＤＤ）线圈，即双层ＤＤ线圈的线圈结构，并为该??线圈设计了磁芯结构，如图１－５所示％，３６］。该团队证实了该线圈良好的偏移能力??和较大的充电区域。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电系统磁芯结构的设计及优化[J]. 刘志珍,曾浩,陈红星,黑桐,周博. 电机与控制学报. 2018(01)
[2]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[3]基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析[J]. 张献,章鹏程,杨庆新,苑朝阳,苏杭. 电工技术学报. 2016(01)
[4]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[5]电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估[J]. 陈琛,黄学良,谭林林,闻枫,王维. 电工技术学报. 2015(19)
[6]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[7]无线充电系统损耗分析及磁体结构优化[J]. 陈德清,王丽芳,廖承林,郭彦杰,李芳. 电工技术学报. 2015(S1)
[8]电动汽车无线充电系统磁场仿真与屏蔽技术研究[J]. 朱庆伟,陈德清,王丽芳,廖承林,郭彦杰. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究[J]. 张献,苏杭,杨庆新,张欣,李连鹤,苏尹. 电工技术学报. 2015(S1)
[10]电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展[J]. 王丽芳,朱庆伟,李均峰,郭彦杰. 集成技术. 2015(01)
博士论文
[1]电动汽车无线供电电磁耦合机构能效特性及优化方法研究[D]. 胡超.重庆大学 2015
硕士论文
[1]具有强偏移适应性的电动轿车静态无线充电系统研究[D]. 杨光.哈尔滨工业大学 2017
[2]电动汽车动态无线供电的N型磁耦合机构电磁兼容研究[D]. 胥佳琦.哈尔滨工业大学 2017
[3]电动汽车无线充电系统效率特性研究[D]. 陈红星.山东大学 2017
[4]基于磁耦合谐振的电动汽车无线充电系统研究[D]. 曲晓东.山东大学 2016
[5]基于ICPT的巡检机器人无线充电系统设计与实现[D]. 侯俊楷.重庆大学 2016
[6]面向移动机器人的低频无线充电技术研究[D]. 田浩.哈尔滨工业大学 2015
[7]电动汽车非接触充电系统用松耦合变压器设计与实现[D]. 陈振伟.哈尔滨工业大学 2014
[8]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于平板磁芯的磁共振式无线能量传输技术研究[D]. 苏琮皓.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3523056
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２双极线圈结构??
如图ｌ－ｌ（ｂ）所示。此种线圈由于并排两线圈的绕向相反，使得两线圈中心磁??通加强，提高了线圈之间耦合和抗偏移能力。同时，为了提高该线圈Ｘ方向的抗??偏移能力，该团队又提出一种如图１－１（Ｃ）所示的ＤＤＱ（ＤＤ－ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ，ＤＤＱ）线圈，??并以ＤＤ线圈为发射线圈，ＤＤＱ线圈为接收线圈，相比于图ｌ－ｌ（ａ）所示单线圈磁??耦合机构，该种组合的磁耦合机构的充电区域增加了?４倍１＾。为了减小ＤＤＱ线??圈的绕线用量，ＺａｈｅｅｒＡ．又提出一种ＢＰ（Ｂｉｐｏｌａｒ，ＢＰ）线圈，如图ｌ－ｌ（ｄ）所示，代??替原来的ＤＤＱ线圈作为接收线圈，减少了?２５．１７％的绕线用量ｔ２１，２２］。??２０１７年７月，该团队又提出一种ＴＰ（Ｔｒｉｐｏｌａｒ，ＴＰ）线圈，如图ｌ－ｌ（ｅ）所示。该??团队采用该线圈作为发射线圈实现了?３．３ｋＷ的无线充电，并得出该线圈有更高??，?的耦合性能且能在接收线圈偏移情况下保持磁场泄露在国际标准之下［２３］。??此外
（ａ）磁芯数量的影响?（ｂ）磁场辐射的影响??图１－４密歇根大学的研宄??１．２．２国内研究现状??？?国内对ＷＰＴ技术的研究起步较晚，主要的研究单位有重庆大学、哈尔滨工??业大学、中科院电工研宄所、天津工业大学、东南大学、清华大学、山东大学等。??研究的主要方面包括电路拓扑创新、整体建模、磁场仿真、参数设计和优化等方??面。??（１）国内最早研宄ＷＰＴ技术的团队是重庆大学的孙跃教授团队，该团队于??２００２年即开始该技术的相关研宄。多年来，该团队主要致力于ＷＰＴ技术的传输??？?特性、频率特性、磁耦合机构优化、大功率电力电子变换技术等方面的研究［？３４］。??在磁耦合机构设计方面，２０１５年该团队在ＤＤ线圈的基础上设计了一种??ＤＬＤＤ（ＤｏｕｂｌｅｌａｙｅｒＤｏｕｂｌｅＤ，ＤＬＤＤ）线圈，即双层ＤＤ线圈的线圈结构，并为该??线圈设计了磁芯结构，如图１－５所示％，３６］。该团队证实了该线圈良好的偏移能力??和较大的充电区域。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电系统磁芯结构的设计及优化[J]. 刘志珍,曾浩,陈红星,黑桐,周博. 电机与控制学报. 2018(01)
[2]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[3]基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析[J]. 张献,章鹏程,杨庆新,苑朝阳,苏杭. 电工技术学报. 2016(01)
[4]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[5]电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估[J]. 陈琛,黄学良,谭林林,闻枫,王维. 电工技术学报. 2015(19)
[6]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[7]无线充电系统损耗分析及磁体结构优化[J]. 陈德清,王丽芳,廖承林,郭彦杰,李芳. 电工技术学报. 2015(S1)
[8]电动汽车无线充电系统磁场仿真与屏蔽技术研究[J]. 朱庆伟,陈德清,王丽芳,廖承林,郭彦杰. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究[J]. 张献,苏杭,杨庆新,张欣,李连鹤,苏尹. 电工技术学报. 2015(S1)
[10]电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展[J]. 王丽芳,朱庆伟,李均峰,郭彦杰. 集成技术. 2015(01)
博士论文
[1]电动汽车无线供电电磁耦合机构能效特性及优化方法研究[D]. 胡超.重庆大学 2015
硕士论文
[1]具有强偏移适应性的电动轿车静态无线充电系统研究[D]. 杨光.哈尔滨工业大学 2017
[2]电动汽车动态无线供电的N型磁耦合机构电磁兼容研究[D]. 胥佳琦.哈尔滨工业大学 2017
[3]电动汽车无线充电系统效率特性研究[D]. 陈红星.山东大学 2017
[4]基于磁耦合谐振的电动汽车无线充电系统研究[D]. 曲晓东.山东大学 2016
[5]基于ICPT的巡检机器人无线充电系统设计与实现[D]. 侯俊楷.重庆大学 2016
[6]面向移动机器人的低频无线充电技术研究[D]. 田浩.哈尔滨工业大学 2015
[7]电动汽车非接触充电系统用松耦合变压器设计与实现[D]. 陈振伟.哈尔滨工业大学 2014
[8]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于平板磁芯的磁共振式无线能量传输技术研究[D]. 苏琮皓.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3523056
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3523056.html
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