【摘 要】
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无线电能传输技术在汽车充电、手机充电等领域已经得到广泛应用,其商业化产品的安全性和便捷性为人类的生活带来了更多可能。无线电能传输系统效率与功率耦合线圈之间的互感系数紧密相关,本文基于内罚函数法对无线供电线圈的磁芯布局进行优化,重点研究磁芯数量、长度和摆放位置对线圈互感的影响。论文首先研究了感应式无线电能传输系统的组成与原理,利用互感模型推导了无线电能传输的功率和效率公式。根据无线供电线圈之间的等效
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无线电能传输技术在汽车充电、手机充电等领域已经得到广泛应用,其商业化产品的安全性和便捷性为人类的生活带来了更多可能。无线电能传输系统效率与功率耦合线圈之间的互感系数紧密相关,本文基于内罚函数法对无线供电线圈的磁芯布局进行优化,重点研究磁芯数量、长度和摆放位置对线圈互感的影响。论文首先研究了感应式无线电能传输系统的组成与原理,利用互感模型推导了无线电能传输的功率和效率公式。根据无线供电线圈之间的等效磁路模型,提出了通过优化磁芯长度和磁芯位置来提高线圈间互感的思路。论文基于Maxwell仿真数据建立磁芯长度、摆放位置和互感三者之间的关系曲面,并通过Matlab构造其互感曲面的目标函数。以磁芯长度、摆放位置为变量并设置约束条件,利用内罚函数法构建增广目标函数,求解最优的磁芯长度和摆放位置以获得合理的功率线圈设计。所提出的方法不论线圈半径和磁芯数量是否特定,都能够解得对应条件下的最优磁芯长度和最佳磁芯摆放位置。论文绕制了半径100mm和150mm的功率耦合线圈,选用40mm*15mm*5mm、50mm*15mm*5mm、60mm*15mm*5mm、70mm*15mm*5mm、85mm*15mm*5mm五种不同长度但等宽等高的铁氧体磁芯进行验证实验,并分别以8块,9块,10块三种不同数量进行均匀布置。实验验证了半径为100mm的功率耦合线圈最优磁芯长度为60mm,最优磁芯位置在-0.6mm附近;半径为150mm功率耦合线圈最优磁芯长度为85mm,最优位置在-1.5mm附近,与算法结果基本吻合。本文所提出的磁芯布局优化方案可有效提高功率耦合线圈间的互感,提升无线电能传输效率。
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