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基于电磁耦合机构的三线圈ICPT系统效率优化研究

Research on efficiency optimization of three coil ICPT system based on electromagnetic coupling mechanism

【作 者】李云涛

【摘 要】

无线电能传输技术因为有其安全、可靠、方便的优点日益受到研究的重视和社会的认可。无线电能传输技术不仅可以在近距离实现电能的传递,也可在中距离的情况下,实现高效的能量传输。《时代》周刊将其评选为 2014 年对世界最具有影响力的发明之一。

本文针对三线圈 ICPT 系统中继线圈位置问题展开研究,以解决在特定的应用场合遇到的问题。三线圈 ICPT 系统在给定工作频率下,中继线圈与原级线圈、负载线圈间的互感以及负载大小是影响系统电能传输效率的主要因素。针对线圈间互感与线圈位置的相互约束关系,提出一种在任意给定原级线圈和负载线圈条件下的中继线圈位置优化方法。该方法以电能传输效率为优化目标,综合考虑三个线圈相互间的互感和负载等参数,通过计算机辅助设计,解决了寻找中继线圈最优位置的问题,且展示出中继线圈的最优位置与负载大小密切相关。

分析三线圈 ICPT 系统电磁耦合机构的空间特性,基于空间互感理论,对耦合机构中耦合线圈的互感进行建模分析。得出耦合线圈的互感与线圈位置一一对应的精确数学表达式。通过电路原理可以得出耦合线圈互感与系统效率的关系,进而通过计算机辅助可以建立系统效率与线圈位置的一一对应关系。

提出一种基于电磁耦合机构的三线圈 ICPT 系统的参数优化设计方法。建立数据拟合,通过以特殊到普遍的思想,建立互感、效率与位置的显函数,进而通过函数本身的约束条件进行分析。根据系统本身约束条件、建立关于位置的目标函数。通过遗传算法优化多目标函数快速收敛的特点,求出目标函数的最优位置

建立三线圈 ICPT 电磁耦合机构仿真实验平台,分析仿真结果,基于理论分析和实验结果,结果证明验证基于电磁耦合机构的三线圈 ICPT 效率优化方案的可行性。

【关键词】三线圈;ICPT;中继;传输效率;最优位置

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