無線電能傳輸技術近年來受到越來越多的關注,金屬異物檢測是無線電能傳輸技術商業(yè)化推廣的主要瓶頸之一。以電動汽車行業(yè)為例,無線電能傳輸功率等級大,諧振磁場是高頻交變強磁場。因為渦流效應,金屬異物入侵不僅影響系統(tǒng)的傳輸效率,且其損耗密度很大,將造成較高的局部溫升,從而危害系統(tǒng)安全性。本文針對電動汽車無線電能傳輸系統(tǒng),致力于研究能夠快速、有效、精確地辨識入侵金屬異物的檢測方法。首先,本文介紹了諧振式無線電能傳輸技術。在此基礎上剖析了交變磁場中金屬發(fā)熱的原理,分析了金屬材質(zhì)、金屬形狀、金屬大小、磁場方向、磁場頻率、磁場大小等因素對金屬渦流損耗的影響,為識別具有嚴重危害性的金屬異物提供理論基礎。其次,以電動汽車領域的SAE-J2954無線電能傳輸標準規(guī)定的線圈為例,分析了發(fā)射線圈和接收線圈磁場的分布情況。以鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬兩類異物為研究對象,分析了兩種異物在不同方向的環(huán)境磁場中產(chǎn)生的畸變磁場分布情況,在此基礎上,根據(jù)是否存在畸變磁場來檢測金屬異物。為后文設計合理的檢測線圈提供可靠的理論依據(jù)。接著,本文選擇磁通梯度計檢測畸變磁場,并從多個角度闡述了檢測線圈的設計要點。在分析平放梯度計檢測效果影響因素的基礎上,對線圈結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計,提出了平放梯度計對稱排列方法,提高了對環(huán)境磁場的抗干擾能力。針對平放梯度計結(jié)構(gòu)無法完全消除環(huán)境磁場干擾的問題,提出了立放梯度計結(jié)構(gòu)。仿真分析表明立放梯度計結(jié)構(gòu)不僅可以消除環(huán)境磁場的干擾,而且具有節(jié)省線圈材料,檢測盲點更少的優(yōu)點。最后,本文搭建了一套金屬異物檢測系統(tǒng),分別針對平放梯度計和立放梯度計結(jié)構(gòu)設計了檢測線圈及畸變磁場信號處理電路。實驗結(jié)果表明本文提出的對稱排列平放梯度計檢測線圈能有效減小環(huán)境磁場的干擾,準確識別金屬異物;提出的立放梯度計檢測線圈可有效消除環(huán)境磁場的干擾,準確識別金屬異物,并且采用簡單的錯放排列方式即可有效減少檢測盲點的數(shù)量。實驗驗證了本文理論設計的可行性與有效性。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

１．２選題背景逡逑在無線電能傳輸技術的實際應用中，一般由意外造成金屬異物的入侵。例如逡逑隨意放置的鑰匙、硬幣等小型金屬，或遺留在無線電能傳輸系統(tǒng)工作區(qū)域中的金逡逑屬修理工具等，若沒有及時移除金屬異物，則將對無線電能傳輸系統(tǒng)造成危害，逡逑因而需要智能、自動、有效的金屬異物檢測技術來保障無線電能傳輸?shù)陌踩浴ｅ义蠠o損探傷技術常用來檢測金屬加工品的缺陷（裂縫、填充不規(guī)則等）。其理逡逑論對金屬異物檢測具有一定的參考價值。逡逑文獻［４］中詳細闡述了電磁感應檢測在無損探傷中的應用，文獻中還詳細分逡逑析了電磁感應檢測的理論根據(jù)及磁場畸變的拾取方法。其中提到渦流換能器的概逡逑念，即將檢測線圈置于交變磁場中，利用電磁感應原理，采樣檢測線圈感應出的逡逑渦流，以此作為交變磁場是否發(fā)生畸變的判定依據(jù)。文中根據(jù)渦流換能器拾取到逡逑的畸變信號，判斷金屬被測件是否存在缺陷。但由于該文獻主要側(cè)重對管材、線逡逑

礴檢測系統(tǒng)示意圖

邐無線電能傳輸系統(tǒng)中異物檢測技術的研宄與應用邐逡逑檢測單元感應電壓為０；或?qū)惓r感應電壓減去初始感應電壓作為最終檢測感逡逑應電壓，以排除形狀不對稱對檢測精度的影響。于此同時，將線圈單元沿寬度方逡逑向排列，如圖１－６所示，將得到一個檢測單元陣列，磁場畸變信號出現(xiàn)時該陣列逡逑不僅可以及時發(fā)現(xiàn)，還可以根據(jù)信號來源的行數(shù)來判斷金屬異物位置，當使用兩逡逑個不同方向的檢測陣列時，通過笛卡爾坐標系的轉(zhuǎn)換，可以確定金屬異物的具體逡逑位置，具有極高的實用價值。逡逑—

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本文編號：2823018