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大功率無線電能傳輸技術(shù)克服了接觸式電能傳輸?shù)娜秉c與局限性，受到商用電動汽車行業(yè)、軌道交通運輸業(yè)、港口集裝箱運輸業(yè)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。隨著無線電能傳輸技術(shù)輸電功率等級的提高，線圈作為能量轉(zhuǎn)換的載體將承擔更大電流沖擊并建立更強電磁場強度的耦合電磁場，在某些特殊用電環(huán)境下流經(jīng)線圈的電流可達到千安級別。

根據(jù)電磁場理論可知，帶電的微小粒子在電磁場中將受到力的作用，故無線電能傳輸系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)間的高頻耦合電磁場將對雙側(cè)耦合線圈及磁屏蔽層等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生力的作用，當該作用力長期周期性地施加在無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)上，將導(dǎo)致連接構(gòu)件的松動、主體結(jié)構(gòu)的斷裂并降低器件的使用壽命。

電磁力作為四種基礎(chǔ)作用力，廣泛存在于各類電氣裝備中。但是目前針對無線電能傳輸系統(tǒng)的研究主要集中在阻抗匹配、線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳輸距離等方面，關(guān)于大功率無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)結(jié)構(gòu)電磁力的有效平抑方法的研究尚處于起步階段。

省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業(yè)大學(xué)）等單位的科研人員為削弱結(jié)構(gòu)電磁力對無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)的影響，提出一種基于相差調(diào)控的結(jié)構(gòu)電磁力平抑方法。利用雙線并行型耦合機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)串接在某發(fā)射線圈的可調(diào)支路電感值，實現(xiàn)流經(jīng)耦合線圈的電流之間的相位錯位，最終實現(xiàn)耦合機構(gòu)整體受力表達的削弱。

圖1 結(jié)構(gòu)電磁力平抑有限元模型圖

他們表示，通過調(diào)節(jié)可調(diào)支路電感值，一方面可實現(xiàn)流經(jīng)兩發(fā)射線圈支路的電流相位錯位；另一方面會對系統(tǒng)傳輸效率產(chǎn)生作用。相比較于未串接可調(diào)支路電感的線圈支路，增大可調(diào)支路電感值，將導(dǎo)致流經(jīng)串接可調(diào)支路電感的線圈支路的電流幅值和滯后角的增大。

圖2 無線電能傳輸系統(tǒng)測試平臺

研究人員搭建了基于相差調(diào)控的結(jié)構(gòu)電磁力平抑有限元仿真模型，獲得耦合機構(gòu)所受結(jié)構(gòu)電磁力隨可調(diào)支路電感的變化曲線。他們指出，隨著可調(diào)支路電感值的增大，所受結(jié)構(gòu)電磁力呈現(xiàn)下降趨勢。以m=0.2為例，發(fā)射側(cè)耦合機構(gòu)及接收側(cè)耦合機構(gòu)所受電磁力下降幅度分別為28.09%、29.48%，此時雙線并行結(jié)構(gòu)的無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率為91.61%。

研究人員最后利用無線電能傳輸系統(tǒng)測試平臺，探究了不同串接電感值下耦合機構(gòu)所受結(jié)構(gòu)電磁力變化情況。他們指出，隨著串接的可調(diào)電感值的增大，相同測試點處所受的電磁力減小。以測試點2為例，當電感量由1.533μH增大到14.283μH時，發(fā)射側(cè)與接收側(cè)耦合機構(gòu)測試點處所受電磁力密度幅值分別減小到原來的36.3%、35.55%。

本文編自2022年第1期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“基于相差調(diào)控的無線電能傳輸系統(tǒng)耦合機構(gòu)結(jié)構(gòu)電磁力的平抑”，作者為王奉獻、張獻 等。