多角度弯道电动汽车无线供电系统中互感研究

作     者：骆强 

作者单位：上海电机学院 

学位级别：硕士

导师姓名：胥飞;许移庆

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电动汽车 无线供电系统 外嵌式圆形补偿线圈 弯道补偿拾取系统 

摘      要：近年来,随着能源的短缺和环保意识的增强,各国政府都在大力提倡使用新能源产品。针对汽车燃料的日益缺少和汽车尾气对环境的污染,世界各国开始注重对新能源汽车的研发。在新能源汽车的研发中,电动汽车的接触式充电得到了有力的支持。但也暴露了许多问题,如:充电时长、触头磨损、充电位置受限及存在充电线路暴露而导致的安全隐患。不仅如此,电动汽车使用的电池可能形成新的二次污染,而且电池自身所承载的电压等级可能造成线路电压波动,极大的影响了行车安全性。对此,科研人员利用电磁耦合原理,提出了非接触式无线电能充电,解决了传统接触式充电遇到的难题。本文主要集中于长导轨式电动汽车无线充电系统,重点研究该系统进行转弯时互感和电压下降问题。首先,弯道角度将会影响电动汽车在过弯时互感的波动。在相同的弯道角度与弯道内径中,均存在着互感下降问题。所以,本文将研究基于相同的弯道内径、弯道角度对电动汽车过弯时互感的影响。其次,本文将对波动的弯道互感,采取补偿措施以达到稳定互感波动和电压波动的目的。最后,本文将结合互感理论、遗传算法、仿真优化,得出最佳的拾取系统模型,并对系统中的补偿参数进行规范化设计。首先,本文设计了一种外嵌式双圆形补偿线圈在转弯时应用,目的是减小能量拾取系统的互感波动,提高电动汽车动态无线充电的电压稳定性。接着,通过仿真的手段进一步优化、验证补偿线圈的设计,并分析其抗横向偏移的能力。最后,结合理论对该结构进行优化改进,并对设计方案进行大量的仿真优化以及实验验证。基于COMSOL Multiphysics电磁仿真软件和MATLAB运算软件,本文对矩形拾取线圈在不同弯道角度过弯时进行电磁联合仿真。然后,通过对补偿模型的选择确定了拾取系统的最佳补偿线圈模型。接着,利用遗传算法、互感理论对补偿线圈与矩形拾取线圈的匝数比进行确定,以达到最优补偿的效果。最后,通过搭建3D仿真模型,进行参数优化,并将仿真得出的互感波动、磁场分布与其他仿真模型对比,从而获得最优化仿真模型结构。在以上研究的基础上,对最优化仿真模型的电压波动和电能拾取效率做出进一步研究。同时,对于模型的抗横向偏移能力进行探讨。最后,在互感波动、电压波动、电能拾取效率及抗横向偏移能力等方面,本文设计的弯道补偿拾取系统模型均取得了较好的表现。综上所诉,本文对建立的弯道补偿拾取系统模型进行验证。本人通过所在实验室,搭建出1:1的实验装置,进而得到弯道补偿拾取系统的互感变化与电压变化实验波形图。实验结果表明:在多角度弯道电动汽车无线供电系统的各个方面,本文设计的外嵌式双圆形补偿线圈和改进的新型弯道补偿拾取系统模型参数均取得了较好的效果。