基于磁集成的失谐型LCC-S无线电能传输系统设计与实现.pdfVIP

摘要

磁耦合无线电能传输(MagneticCouplingWirelessPowerTransfer,MC-WPT)技

术是一种新型的电力供应模式，它使用非接触式的传能方式，以极高的效率将电

能从能量发射端传递到能量接收端，解决传统有线供电中存在接插件老化、操作

不便的问题，同时它还能应用于某些特定的场合如港口岸电无线供电系统、电动

汽车无线充电、水下无线供电等，具备非常好的场景适应性，发展趋势迅猛。

岸电无线电能传输系统传输功率通常比较大，因此常使用参数设计自由度高、

且具有大功率输出能力的LCC-S型补偿拓扑。但是在LCC电路中的补偿电感感值

较大，这样生产的独立电感体积大、重量重，不利于系统结构布局。此外，船舶

靠在码头后随波浪晃动会带动副边耦合机构一起晃动，导致原副边耦合机构发生

偏移，互感参数变化较大，系统输出电压不稳定甚至飙升损坏设备。

本文旨在解决岸电无线电能传输系统中耦合机构偏移导致的电压输出不稳定

问题，提升系统的抗偏移能力，同时减小装置厚度，提升系统功率密度。设计基

于磁集成线圈的原边失谐型LCC-S无线电能传输系统，将原边补偿拓扑中的独立

电感以集成线圈的形式绕制在原边发射装置中，同时利用该磁集成线圈和副边线

圈产生的交叉耦合，以失谐的方式设计电容参数，使岸电无线电能传输系统具有

更好的抗偏移性能。

本文分析了岸电无线电能传输系统的设计需求和目标，建立普通谐振LCC-S

拓扑电路模型并指出该拓扑在岸电场景下应用存在输出电压飙升，功率不稳定以

及装置厚重的问题；利用有限元仿真软件设计适用于高效大功率的磁集成耦合机

构，提高系统功率密度；建立磁集成原边失谐型LCC-S无线电能传输系统，引入

交叉互感及电容失谐因子，基于差分进化算法对失谐因子进行优化，通过电路仿

真证明所设计电路与普通谐振LCC-S电路相比抗偏移性得到了提升。搭建了完整

的实验装置进行实验验证。

关键词：无线电能传输；磁集成线圈；交叉耦合；失谐；抗偏移性

Abstract

MagneticCouplingWirelessPowerTransfer(MC-WPT)technologyisanewtype

ofpowersupplymodethatusescontactlessenergytransfermethodstotransmit

electricityfromtheenergytransmittingsidetotheenergyreceivingsidewithhigh

efficiency.Thismethodcansolvetheproblemsofagingconnectorsandinconvenient

operationintraditionalwiredpowersupply.Itcanalsobeappliedinsomespecific

situationssuchasshorepowerwirelesspowersupplysystems,electricvehicleswith

wirelesschargingandunderwaterwirelesspowersupply.Themethodhasexcellent

adaptabilitytosceneandnowisdevelopingrapidly.

Theshorepowerwirelesspowertransfersystemusuallyhasthecharacteristicof

highpower.TheLCC-Stypecompensationtopologyisoftenusedinthissituation,

becauseithashighdegreesoffreedomtodesignparametersandgreat