抗偏移的动态无线供电系统恒电压输出研究

摘要

动态无线电能传输(Dynamic Wireless Power Transfer, DWPT)技术，能够有效的降低车载电池容量、增大用电设备续航里程，在轨道交通和电动汽车等领域，有着巨大的发展潜力，在有望成为一种新型的供电方式。利用DWPT技术给设备进行充电过程中，需要系统输出恒定的电压给用电设备，但实际应用中DWPT系统会出现偏移，因此需要研究具有抗偏移恒电压输出特性的DWPT系统。　　本文针对DWPT系统中由于拾取线圈与发射线圈的位置出现偏移，使得线圈之间互感衰减剧烈，造成输出电压降低。根据实际供电需求要保证输出电压的稳定，首先需要耦合磁场稳定，不受拾取端反射阻抗变化的影响，因此采用具有恒流输出特性的LCC结构。通过等效电路模型推导出单发射双拾取电路中系统恒电压输出只与系统两组拾取线圈和发射线圈之间的互感绝对值总和有关。　　其次通过设计磁耦合结构，给出了一种单发射双拾取耦合结构，发射线圈为Q结构，拾取线圈为DDQ结构，针对耦合结构沿X轴一维偏移时分别从拾取侧磁芯长度、拾取Q线圈匝数进行优化，在给定的优化条件下，得到了满足条件的耦合机构最优参数，使得DWPT系统在发生一维偏移时能有效的控制系统互感波动，达到DWPT系统恒电压输出的条件。　　最后通过对耦合机构的进一步研究，本文给出的耦合机构在拾取线圈沿Y轴发生一定程度偏移时，由于拾取DD线圈与发射线圈的互感增大、拾取Q线圈与发射线圈之间的互感减少，从而能够实现系统互感绝对值总和保持相对稳定，使得该系统具有一定程度的二维抗偏移特性。在此基础上固定无关变量，从拾取DD线圈匝数对耦合结构进行了仿真优化，根据优化条件得到最优参数。最后搭建出实验平台对系统出现一定范围内二维偏移时的输出电压、系统效率进行了测量，验证了理论的可行性，整个DWPT系统的输出电压波动为3.64%，与仿真结果基本吻合，证明该耦合结构和优化方案是可行的。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 系统恒电压输出研究

1.2.2 系统抗偏移特性研究

1.3 本论文主要工作

1.3.1 研究对象和目标

1.3.2 论文主要内容

1.4 本章小结

第 2 章 DWPT 系统补偿拓扑分析

2.1 引言

2.2 四种基本补偿拓扑

2.3 T型网络结构和LCC补偿方式

2.4 LCC-S 型拓扑电路特性分析

2.5 本章小结

第 3 章 基于线圈结构的一维抗偏移优化

3.1 引言

3.2 DWPT系统电路模型分析

3.2.1 DWPT 参数建立和模型简化

3.2.2 恒电压输出电路模型推导

3.3 DWPT系统单发射双拾取耦合结构

3.4 DWPT系统一维偏移时参数优化

3.4.1 拾取侧Q 线圈匝数优化

3.4.2 拾取侧磁芯尺寸优化

3.5 一维抗偏移系统耦合结构

3.5.1 耦合机构结构参数

3.5.2 耦合机构电磁分析

3.5.3 一维偏移时互感波动趋势

3.6 本章小结

第 4 章 基于线圈结构的二维抗偏移优化

4.1 引言

4.2.1 DWPT 抗Y 轴偏移能力

4.2.2 DWPT 抗Y 轴偏移分析

4.3 DWPT系统Y轴偏移时耦合结构优化

4.4 二维抗偏移耦合结构参数

4.5 实验验证

4.5.1 实验装置和参数

4.5.2 恒电压实验结果和分析

4.6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果