论文专利

Papers&Patents

你现在的位置:首页 > 论文专利 > 硕博学位论文

基于M-k组合优化的WPT系统耦合线圈参数设计方法

Coupling Coil Parameters Design Method for WPT Systems Based on M-k Combination Optimization

【作 者】周意

【摘 要】

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术以安全、方便、可靠、以及能够在恶劣环境下使用等特点,在电动汽车、轨道交通、家用电器、军工等场合应用越来越多,该技术已成为近几年的研究热点之一。

耦合线圈作为无线电能传输系统的核心部分之一,耦合线圈参数不仅直接影响无线电能传输系统的功率、效率和传输距离,而且影响到耦合线圈的用线选型、谐振电容选型和无线电能传输技术在工程上是否能更好的应用。

本文对现有的耦合线圈参数设计方法进行分析,针对耦合线圈设计方法在工程上存在的盲目性和不合理性的问题展开研究。为解决现有耦合线圈参数设计方法所存在的问题,提出了一种基于M-k组合优化的耦合线圈参数设计方法。使用MATLAB软件编写了设计方法实现程序,当输入系统性能需求参数,如系统功率、效率、耦合距离、线圈尺寸、工作频率、输入电压时,能够输出一组满足系统性能需求且耦合系数最大的耦合线圈参数。在输出的参数中包含原边线圈和副边线圈的自感系数、互感系数、耦合系数、原边线圈与副边线圈的谐振电流、谐振电压、线圈内阻,以及绕线位置信息等。为完善耦合线圈参数设计方法,本文对耦合线圈参数设计方法的国内外研究现状做了简要的综述,并对其相关理论进行了分析与研究。其中,针对耦合线圈半径选择问题,通过对耦合线圈的电磁理论和线圈的尺寸、位置对磁场的影响分析,提出了一种基于最大磁通密度点去确定原边线圈最大半径的方法,基于最大耦合系数点去确定副边线圈的最大半径的方法,以及基于线圈之间互感系数贡献率去确定线圈最小半径的方法。在解决线圈半径的设计问题基础上,还对线圈内阻的计算方法、耦合线圈参数对系统功率和效率的影响、耦合线圈在工程上所受的约束条件进行了分析。最后,基于COMSOL多物理场仿真软件和实验结果验证了所提的正确性。

本文所提出的基于M-k组合优化的耦合线圈参数设计方法对耦合线圈的参数设计提供了设计思路和理论依据。使用者只需要输入一些系统性能的必要参数,就能得到耦合线圈的所有参数,减少了耦合线圈设计的工作量。该方法还可以用于判断系统性能需求是否合理,以及含磁芯结构耦合线圈的线圈优化。因此本文的研究内容在耦合线圈的参数设计上有着重要的工程实用价值与理论意义。

【关键词】无线电能传输,耦合线圈,参数设计,组合优化

【下 载】 (浏览329次)