感應(yīng)電能傳輸(Inductive Power Transfer,IPT)技術(shù)以其安全、便利等優(yōu)勢受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注,然而,由于電磁耦合機(jī)構(gòu)的耦合系數(shù)較低,制約著系統(tǒng)的傳輸效率,成為了IPT技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸。為增大IPT系統(tǒng)的傳輸距離,提高IPT系統(tǒng)的效率和傳輸功率,本文基于IPT系統(tǒng)的電路模型和電磁耦合機(jī)構(gòu)的空間特性,確立電磁耦合機(jī)構(gòu)的互感和耦合系數(shù)對系統(tǒng)效率和傳輸功率的影響,并針對典型的平面線圈和雙面線圈展開研究。針對平面線圈,首先,本文基于圓形阿基米德螺旋線圈,不添加任何屏蔽材料,通過計算圓形線圈的自感和互感,找出影響線圈電感的關(guān)鍵參數(shù);保持線圈電感參數(shù)不變,提出三種匝間距圓形線圈在不同尺寸下對偏移的變化趨勢,并通過有限元分析軟件,對比分析三種匝間距線圈的磁場分布特性。其次,針對不同輸出功率等級的需求,通過對磁耦合線圈電感參數(shù)的設(shè)計,基于方形的平面螺旋線圈,設(shè)計一種具有中心抽頭的線圈結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)通過切換線圈的抽頭來改變線圈的電感參數(shù),實現(xiàn)多種輸出功率等級的切換。針對具有兼容性的雙面螺旋線圈,本文基于雙面對稱的螺旋線圈,對電磁耦合機(jī)構(gòu)的磁路進(jìn)行研究,結(jié)合仿真結(jié)果,分析線圈兩個繞組的間距對線圈自感及電磁耦合機(jī)構(gòu)的互感和耦合系數(shù)的影響,并研究螺旋線圈雙面耦合的結(jié)構(gòu)特性。本文基于雙面對稱線圈的結(jié)構(gòu)特性提出一種改進(jìn)的雙面線圈,該結(jié)構(gòu)不僅可以延續(xù)雙面對稱螺旋線圈耦合的兼容性,避免原、副邊線圈對齊時的感應(yīng)零點,還能提高相應(yīng)的互感和耦合系數(shù),增大系統(tǒng)的傳輸效率。此外,將改進(jìn)線圈的兩個面分別類比典型的平面線圈,在含有金屬屏蔽的電磁機(jī)構(gòu)中,對比研究改進(jìn)型線圈和兩種平面線圈的偏移特性。最后,針對平面線圈,繞制不同稀疏程度的圓形阿基米德螺旋線圈,驗證圓形線圈匝間距仿真研究的合理性。其次,搭建IPT系統(tǒng)的實驗平臺,通過切換線圈的抽頭,實現(xiàn)500W和1.1kW兩種功率等級的切換,驗證本文設(shè)計的有效性與可行性。此外,針對雙面線圈,基于IPT系統(tǒng)的實驗平臺,通過繞制改進(jìn)線圈與雙面對稱的線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗對比,并將改進(jìn)的線圈分別和類比的平面線圈進(jìn)行偏移實驗,驗證改進(jìn)型雙面線圈理論與仿真的有效性與先進(jìn)性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

扇諾紉幌盜形侍舛枷⑾⑾喙�。�?1-1 IPT 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢根據(jù)最新公布的《2017-2021 年中國無線充電行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告》顯示，雖然國內(nèi)針對無線充電技術(shù)的研究較晚，但技術(shù)研發(fā)的發(fā)展速度較為迅猛，整體上與國際同步，也就是快速成長期。2011 年，山東省的幾所高等研究機(jī)構(gòu)從資源、研發(fā)、技術(shù)、行業(yè)、產(chǎn)業(yè)等方面進(jìn)行分析，描繪了無線充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的宏大藍(lán)圖，繪制了“無線電力傳輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖”。同時，部分企業(yè)也在針對無線充電技術(shù)展開獨立或是合作研發(fā)，目前已經(jīng)取得重要突破，并已投入使用。1.2.1 無線電能傳輸技術(shù)的國外發(fā)展現(xiàn)狀從 2015 年開始，電子設(shè)備無線充電技術(shù)的規(guī)模就在不斷擴(kuò)大，年底三星就推出了無線充電的產(chǎn)品，2017 年，蘋果最新推出的 iPhone X 也擁有無線充電的功能，此后，將會帶動更多品牌的消費電子配有無線充電的功能。與消費電子的無線充電技術(shù)相比，應(yīng)用在電動汽車無線充電技術(shù)的研發(fā)則相對較晚。目前，國外的一些研究團(tuán)隊，如新西蘭奧克蘭大學(xué)、美國橡樹嶺國家

對 WPT 系統(tǒng)的建模方法、補償網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電及電磁屏蔽等方面。用無線供電技術(shù)的電動汽車在國外已經(jīng)研制有樣機(jī)， 30 kW 無線充電的大巴就是由新西蘭奧克蘭大學(xué)與時也研制出列車軌道長 400 m，輸出功率 100 kW 的為在線電動車。2013 年，位于龜尾市線路總長為 2入運行，傳輸功率 100 kW，效率可達(dá) 85%[23]。015 年 4 月 22 日 Formula E 電動方程式錦標(biāo)賽上展線充電技術(shù)，如圖 1-2 所示。作為較早研發(fā)電動汽，高通涉及到的功率等級包括 3.7kW、7.4kW、11k的系統(tǒng)效率都能達(dá)到 90%以上。針對電動汽車無線也有較為完善的解決方案，不僅包括高可靠性的功成等，還包括一些重要的附屬功能，如異物檢測、

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本文編號：2893329