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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:李争,孙仲淳,唐明磊,谢奇龙,孙鹤旭.用于动态无线电能传输的新型线圈结构设计[J].哈尔滨工业大学学报,2024,56(9):85.DOI:10.11918/202404063
LI Zheng,SUN Zhongchun,TANG Minglei,XIE Qilong,SUN Hexu.Design of a novel coil structure for dynamic wireless power transfer[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2024,56(9):85.DOI:10.11918/202404063
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用于动态无线电能传输的新型线圈结构设计
李争1,2,孙仲淳1,唐明磊1,谢奇龙1,孙鹤旭1
(1.河北科技大学 电气工程学院,石家庄 050018;2.燕山大学 电气工程学院,河北 秦皇岛 066004)
摘要:
为改善动态无线电能传输(dynamic wireless power transfer,DWPT)过程中,因发射阵列之间摆放间距过大而产生的输出电压和输出功率的波动问题,提出一种新型发射结构。首先,在BPP(bipolar pad)线圈结构基础上,将主发射(domination transmitter,Dtx)线圈与补偿(compensation,Cx)线圈串联组成一个发射段,并对DWPT系统采用分段控制,以减小损耗;其次,采用解耦电容解耦Dtx线圈与Cx线圈,并分析了系统的电路原理;然后,利用Ansys Maxwell有限元分析软件对耦合结构进行优化设计,并选择最佳的切换位置,以减小功率的波动;最后,搭建实验平台以验证结构的可行性。实验结果表明:新型磁耦合结构输出功率的波动为3.9%,输出电压的波动为2.9%,与改进前的耦合结构相比,输出功率的波动降低了15.8%,输出电压的波动降低了7.6%;在相邻Dtx线圈的过渡区域中,与改进前的耦合结构相比,输出功率提高了33.8%,且系统传输效率稳定在88%左右。所提出的新型发射结构有助于减小移动过程中输出电压和输出功率的波动,可为磁耦合结构的设计与应用提供理论支持。
关键词:  动态无线电能传输  磁耦合结构  功率波动  补偿线圈  分段控制
DOI:10.11918/202404063
分类号:TM724
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(51877070,U20A20198);河北省自然科学基金(E2021208008)
Design of a novel coil structure for dynamic wireless power transfer
LI Zheng1,2,SUN Zhongchun1,TANG Minglei1,XIE Qilong1,SUN Hexu1
(1.School of Electrical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China; 2.School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, Hebei, China)
Abstract:
To improve the voltage and power fluctuations arising from large spacing between the trarsmitting arrays in the dynamic wireless power transfer (DWPT) systems, this paper proposes a novel transmitting structure. Firstly, based on the bipolar pad (BPP) coil structure, the domination transmitter (Dtx) coil and the compensation (Cx) coil are connected serially to form a transmission segment. The DWPT system adopts segment control to minimize losses. Secondly, decoupling capacitors are used to decouple the Dtx coil and Cx coils, and the circuit principles of the system are analyzed. Then, the coupling structure is optimized and designed using Ansys Maxwell finite element analysis software, and the optimal switching positions are selected to minimize power fluctuations. Finally, an experimental platform is set up to validate the feasibility of the structure. The experimental results show that the power fluctuation of the new magnetic coupling structure is 3.9%, and the voltage fluctuation is 2.9%. Compared with the previous coupling structure, the power fluctuation has decreased by 15.8%, and the voltage fluctuation has decreased by 7.6%. In the transition region between adjacent Dtx coils, compared with the improved coupling structure, the power output has increased by 33.8%, with the system′s transmission efficiency stabilizing around 88%. The proposed novel transmitting structure in this paper helps reduce the fluctuations in output voltage and power during the movement process, and provides a theoretical support for the design and application of magnetic coupling structures.
Key words:  dynamic wireless power transfer  magnetic coupling structure  power fluctuation  compensation coil  segmented control

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