ICPT系统多自由度电能拾取机构设计方法研究

摘要

感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer，简称ICPT)技术属于无线电能传输技术之一，该技术通过感应耦合的方式向负载提供能量，以其安全、灵活、方便、适应性强等特点得到了飞速发展。
　　近年来，ICPT技术在理论研究与应用中取得了巨大的进步，其应用前景得到了广泛的关注，对传统ICPT系统相关理论、设计方法、多自由度电能拾取问题进行了较为深入的研究，这些成果对科学研究和实际应用有着很好的指导意义。为提升拾取机构的多自由度电能拾取能力，针对目前存在的拾取机构或受电设备的空间位置局限性以及相关技术问题，本文将对电能拾取机构进行设计，使系统能够实现多自由度电能拾取。
　　本文以ICPT系统多自由度电能拾取机构为研究重点，主要包括以下内容：
　　①对多自由度电能拾取无线电能传输系统原理进行分析，包括系统的基本组成、电路拓扑结构的选取以及现有耦合机构的对比分析，并确定本课题多自由度电能拾取机构的几何模型。
　　②确定多自由度电能拾取线圈的个数以及摆放位置；并结合法拉第电磁感应定律、楞次定律以及右手螺旋定则等理论知识，计算出拾取线圈在空间内旋转时不同绕线方式的互感变化趋势，经统计、分析后，最终确定拾取线圈的绕线方向。
　　③给出了多个串联线圈的自感计算公式，运用Maxwell仿真环境，分析出所设计的拾取机构两串联线圈之间磁力线加强或减弱的效果，得出拾取线圈电感矩阵。提出了线圈参数设计流程，并根据此流程，对多自由度电能拾取机构、发射机构的几何尺寸、匝数、磁芯、线径等进行仿真设计，对比线圈不同参数时磁感应线的分布情况设计出合理的耦合机构并加以验证。
　　④通过Matlab/Simulink仿真平台对理论分析的结果进行验证，说明了该系统设计的正确性，同时搭建实验平台，得出在拾取机构不同竖直偏移下360度旋转时，系统在硬、软开关条件下实现多自由度电能拾取的可行性。

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目录

1 绪 论

1.1 论文研究背景

1.2 无线电能传输系统多自由度电能拾取研究现状

1.3 课题研究目的及意义

1.4论文结构及主要研究内容

1.5 本章小结

2 ICPT系统多自由度电能拾取技术原理分析

2.1 磁路结构分类

2.2 耦合机构原理分析

2.3 系统基本组成

2.4 补偿拓扑选取

2.5 本章小结

3 拾取机构模型设计

3.1 引言

3.2 拾取机构结构研究

3.3 本章小结

4 多自由度电能拾取耦合机构有限元仿真研究

4.1 引言

4.2 仿真平台介绍

4.3 基于Ansoft Maxwell的耦合机构仿真分析

4.4 本章小结

5 系统仿真及实验研究

5.1 引言

5.2 系统仿真研究

5.3 系统实验研究

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 拾取线圈绕线方向汇总

B. 攻读硕士学位期间参与的项目情况

C. 攻读硕士学位期间获奖情况