【摘 要】
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基于无线电能传输技术（wireless power transfer,WPT）的无线充电技术是革命性的自动化充电技术。电动汽车无线充电技术可与自动驾驶技术完美结合,是促进电动汽车普及,实现“碳中和”目标的重要基础技术。本文围绕无线电能传输线圈的准确建模和优化设计,开展了以下研究:本文搭建了无线电能传输线圈分布式等效模型。模型将每匝线圈等效为模型中的一个单元,使用集总元件表征每匝及每匝间的电磁特性。
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目（项目编号:51807174）; 浙江大学基本科研业务费专项资金（项目编号:2021FZZX001-12）
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基于无线电能传输技术（wireless power transfer,WPT）的无线充电技术是革命性的自动化充电技术。电动汽车无线充电技术可与自动驾驶技术完美结合,是促进电动汽车普及,实现“碳中和”目标的重要基础技术。本文围绕无线电能传输线圈的准确建模和优化设计,开展了以下研究:本文搭建了无线电能传输线圈分布式等效模型。模型将每匝线圈等效为模型中的一个单元,使用集总元件表征每匝及每匝间的电磁特性。给出了每匝电感、匝间互感、匝间电容、寄生电阻等参数的提取方法与线圈特性计算方法。制作实际线圈完成了实测验证。测量结果表明,在预测自谐振频率方面,分布式模型比集总式模型更加准确。通过仿真的方法对耦合线圈的结构因子对系统最大传输效率的影响进行了研究。考虑了平面螺旋式、管状螺旋式两种绕线方式,实心导线、利兹线、管状导体三种导线类型,导线直径、匝间距、匝数三种几何参数。分别在不同工作频率与磁芯配对方式下,分析比较了上述变量对系统最大传输效率的影响。最终归纳总结了高效无线电能传输线圈优化设计的一般性指引。最后针对平面螺旋实心导线线圈结构进行优化设计,并根据设计结果搭建相应的无线电能传输系统样机,通过实测证明实心导线线圈可以达到94%以上的能量传输效率。
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