多功率等级ICPT系统的线圈优化设计

摘要

对于多功率等级的ICPT系统,不同特性的用电负载对系统输出电能的要求不同,负载的多样性直接影响到系统输出功率的多变性。而传统ICPT系统的初级能量发射线圈往往采用单线圈结构,线圈的设计只考虑用电负载的最大功率需求,对于不同功率输出的需求,通常通过初级能量发射端的移相和变频控制来实现。当不同功率等级的用电负载的尺寸大小不同时,采用这种单线圈结构的发射线圈在用电负载未覆盖的位置必然存在电磁泄漏,必然导致系统传输效率的降低以及电磁泄漏对人体和金属异物带来的安全隐患,而这部分电磁泄漏引起的系统效率降低不能通过改进控制方法或优化系统参数而解决。基于以上存在的问题,本文从能量发射线圈设计及优化的角度,来实现系统传输效率的提高和电磁泄漏风险的降低。
　　本文以ICPT系统能量发射线圈的设计为研究要点,主要工作包括以下几点:
　　①对多功率等级ICPT系统的基本原理、系统结构和主电路做了简要介绍,分析对比了几种多功率等级ICPT系统的效率优化方法,基于能量发射线圈结构的优化方向,确定了本文对于多功率等级ICPT系统的效率优化方法。
　　②针对能量发射线圈的设计优化问题,分别对影响系统效率的系统参数、电磁耦合机构的结构、线圈自感值及互感值的影响因素、电磁场屏蔽方法等方面进行了详细的分析。
　　③介绍了ICPT系统的线圈设计流程,并基于单线圈结构的能量发射线圈,建立JMAG仿真模型,分别从磁材料屏蔽(包括磁条排列方式、磁条厚度)和铝板屏蔽(包括铝板厚度、铝板位置)两个方面,对能量发射线圈的电磁屏蔽进行优化。
　　④完成了双线圈结构的能量发射线圈的设计,分别对加热类负载电饭煲、马达类负载搅拌机两种尺寸不同的家用电器供电进行建模仿真,并与采用单线圈结构的能量发射平台进行对比,线圈传输效率有所提高,且在用电设备尺寸较小时效率提高更显著。同时能量发射线圈轴向的泄漏磁场有效降低,能量发射平台的轴向安全距离满足要求,有效地验证了能量发射线圈采用双线圈结构对系统性能的提升。