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电动汽车无线供电系统磁耦合机构研究

李云龙  
【摘要】:气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面临的长期问题。交通运输领域的尾气排放、能源消耗等问题能否得到有效解决,直接影响着人类的生活质量。在这样的背景之下,被称为绿色交通工具的电动汽车再次成为人们关注的焦点。然而,目前接触式充电方式存在的诸多缺陷,严重制约了电动汽车的发展。而基于无线电能传输技术(WPT)的电动汽车具有供电灵活、取电方便等特点,而且可以动态供电,这恰恰解决了目前电动汽车所存在的一个关键技术难题。在电动汽车动态无线供电系统中,为了保证足够的电能供给,通常需要铺设较长的能量发射导轨。如何通过有限元分析及仿真研究,给出发射端导轨和拾取端装置的设计方法和理论依据,从而提高系统的高效性、稳定性和经济性,是当前亟待解决的重要问题。 本文主要针对电动汽车无线供电系统耦合机构的设计问题展开研究。首先阐述了国内外学者对电动汽车无线供电系统耦合机构的研究现状,并对其基本原理和构成做了简要介绍。随后对电磁耦合机构的互感等效模型进行研究,分析提升系统的功率传输能力和效率的影响因素,确定本文的研究目标;分析几种常见的耦合机构的耦合特性,探讨偏移量对其耦合系数的影响,从而确定方-方形线圈作为研究对象。 基于Ansoft软件,对分散型和集中型发射导轨、单线圈和多线圈拾取导轨建立了仿真模型,从互感值、磁场分布等方面进行对比分析,为原副边线圈结构的设计提供理论依据;并对目前几种典型的发射端、拾取端的磁芯结构进行仿真研究,探索不同形状的磁芯对磁场分布的影响,进而确定原副边磁芯结构;针对目前电动汽车耦合机构普遍存在的耦合效率较低、经济成本较高等问题,提出一种新型耦合机构形式,其发射端采用集中型线圈结构,铺设“L”形磁芯;拾取端采用单线圈结构,铺设“盖”形磁芯。 结合具体案例,给出了耦合机构的一般设计流程,重点对耦合机构的参数设计、功耗分析等问题进行讨论,并对设计完成的新型耦合机构进行偏移仿真实验,给出了系统可接受的偏移范围。最后搭建了电动汽车无线供电系统实验平台,对系统进行了功率测试、效率测试、偏移实验、稳定性实验等。实验结果验证了本文设计的新型磁耦合机构的可行性。


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