發(fā)布時間：2020-07-24 00:17

【摘要】：無線電能傳輸(wireless power transfer,WPT)技術發(fā)展至今,應用范圍廣泛。如手機無線充電、電動牙刷無線充電、心臟起搏器無線充電、電動汽車無線充電等。WPT技術的廣泛應用與它的安全性、便捷性密不可分,但其能量傳輸效率與傳統(tǒng)的有線充電相比是一個劣勢。耦合線圈作為WPT系統(tǒng)的的核心組成部分,很大程度上決定了系統(tǒng)的能量傳輸效率。所以,耦合線圈的設計是WPT系統(tǒng)設計中的重要工作。本文以常見的series-series型補償拓撲為例,根據(jù)負載電阻及工作頻率的設計約束類型,將WPT系統(tǒng)的設計約束分成了四類,分別是:1)負載電阻與工作頻率均提前給定;2)負載電阻可自由匹配,但工作頻率提前給定,如6.78MHz、85kHz等等;3)負載電阻提前給定,但工作頻率可在一定范圍內選擇;4)負載電阻可自由匹配,且工作頻率可在一定范圍內選擇。本文分析了四種設計約束下線圈間能量傳輸效率與設計參數(shù)之間(線圈的匝數(shù)、匝間距、外匝半徑等效負載和工作頻率)的關系,對于負載或頻率可自由選擇的情形,推導出了最佳負載和最佳頻率與線圈參數(shù)之間的數(shù)學表達式,降低了設計參數(shù)的搜索維度。在優(yōu)化目標函數(shù)確定后,本文采用粒子群優(yōu)化算法(PSO)進行設計參數(shù)尋優(yōu),并將尋優(yōu)算法編寫成MATLAB程序,形成了一個自動化設計程序,只需要設計者輸入設計要求及約束,就能輸出最佳的設計參數(shù)組合,使得線圈間能量傳輸效率在所有約束下達到最高。本文的一個主要創(chuàng)新點是改進了耦合利茲線圈的交流電阻的解析計算方法,其中包括了傳導電阻隨頻率變化的近似估計以及鄰近效應電阻的改進計算。與經驗公式相比,改進的解析計算方法更加準確;與有限元仿真(FEM)方法相比,解析計算耗時更短,且計算公式可以作為MATLAB程序的一部分,而FEM軟件需要人工參與建模,不能實現(xiàn)自動化設計過程。經過實驗驗證,改進的交流電阻計算方法可以準確計算密繞或者疏繞的線圈在很大頻率范圍內的交流電阻。最后,給出了第三類約束下的三組設計實例,并利用本文提出的設計方法進行設計和實驗驗證。實驗結果表明,線圈間的能量傳輸效率的理論值與測量值之差在1.3%以內,驗證了設計方法的準確性。此外作為對比,還利用一種傳統(tǒng)設計方法對設計實例進行了求解,結果表明本文提出的設計方法比傳統(tǒng)設計方法得到的系統(tǒng)傳輸效率高1.0%到2.0%,證明了基于PSO的設計方法的優(yōu)越性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM724
【圖文】：

這上述情況下還要追求更高的傳輸效率，使得耦合線圈的十分有意義的工作。研究現(xiàn)狀線圈本身考慮，線圈間的能量傳輸效率和線圈的品質因數(shù)品質因數(shù)的乘積（kQ）成正相關[3]。特別的，當接收端的值時，線圈間能量傳輸效率可以表示成只含 kQ 的表達式高，所以有很多研究是通過提升 Q 或 kQ 來提升效率的式是0Q =ω L /R，其中 ω 為流過線圈的電流角頻率， L 為圈在頻率ω 下的內阻。所以降低線圈導線內阻是一種有效種常規(guī) REBCO 導線合成了一種復合導線，有效地降低了圈的品質因數(shù)提高至原來的 2 倍；還有采用非均勻線徑圖 1-1所示，該方法主要應用于純銅線繞制的線圈，通過 和匝間距 g，調整線圈的自感和內阻，從而調整線圈的品圈可以使線圈的品質因數(shù)提高至傳統(tǒng)等線徑線圈的 1.2 倍

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文微鏡下的結構圖像，可以發(fā)現(xiàn)有很多空穴間隙存在，這些間隙會降低性；圖 b)為 350℃退火處理后的顯微圖像，可以發(fā)現(xiàn)缺陷幾乎消失，銅線的導電能力，減小電阻，提高品質因數(shù)。圖 1-3為實驗線圈在退以及 250℃和 350℃退火處理后的高頻內阻曲線，可以發(fā)現(xiàn)經過退火圈在很大的頻率范圍內電阻保持穩(wěn)定，且低于退火處理前的線圈內阻法都可以有效地提高線圈的品質因數(shù)，但一方面對實驗室設備要求高度大，一方面不適用于無線電能傳輸中應用廣泛的利茲線圈。

50℃和 350℃退火處理后的高頻內阻曲線，可以發(fā)現(xiàn)大的頻率范圍內電阻保持穩(wěn)定，且低于退火處理前的以有效地提高線圈的品質因數(shù)，但一方面對實驗室設一方面不適用于無線電能傳輸中應用廣泛的利茲線圈。圖 1-2 銅薄膜在顯微鏡下的結構(a) 退火處理前，(b) 300℃退火處理后[6]

【相似文獻】

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10 衛(wèi)敬宜;胡釙;任R妓

本文編號：2768029