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無網(wǎng)受流列車作為一種新型城市軌道交通車輛，擺脫了傳統(tǒng)的架空接觸網(wǎng)，采用感應(yīng)電能傳輸（Inductive Power Transfer, IPT）技術(shù)進(jìn)行電能傳輸，使供電系統(tǒng)和車輛能夠在沒有物理接觸的情況下進(jìn)行能量傳遞，不僅解決了基于傳統(tǒng)理論的接觸式供電模式帶來的問題，如容易產(chǎn)生損耗、接觸火花、碳積，不易維護(hù)搭設(shè)，建造費(fèi)用高等，而且提高了車輛運(yùn)行的安全性、可靠性和靈活性。

將IPT技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通車輛，必須滿足軌道交通系統(tǒng)大功率、高效率的供電需求，其中，感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)中的線圈作為能量傳輸?shù)妮d體，其配置與布局既要與應(yīng)用目標(biāo)車型相匹配，又要保證感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能及穩(wěn)定性。它的鋪設(shè)方式、參數(shù)設(shè)計(jì)等將對(duì)能量傳遞功率和效率等產(chǎn)生直接影響，因此對(duì)耦合線圈的研究顯得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中耦合線圈進(jìn)行了諸多的研究。但是現(xiàn)有文獻(xiàn)大都采取不同的優(yōu)化流程及評(píng)價(jià)方法，對(duì)耦合線圈某一方面的性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，而沒有給出針對(duì)具體應(yīng)用環(huán)境的整體耦合系統(tǒng)線圈參數(shù)設(shè)計(jì)方法。由于線圈參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，功率、效率等重要性能指標(biāo)對(duì)線圈匝數(shù)、互感等參數(shù)的要求往往相反，因此需要對(duì)耦合線圈參數(shù)進(jìn)行全局設(shè)計(jì)。

北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院、北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、交通部水運(yùn)科學(xué)研究院的研究人員郝文美、張立偉、蔡嬌、楊瑞、修三木，在2022年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種適用于實(shí)際工程應(yīng)用的耦合線圈設(shè)計(jì)及配置方法。

研究人員以應(yīng)用感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)的2M2T、100%低地板無網(wǎng)受流列車為應(yīng)用背景，圖1為應(yīng)用感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的無網(wǎng)受流列車實(shí)際結(jié)構(gòu)及耦合線圈安裝空間示意圖，表1為車輛相關(guān)參數(shù)，其中，AW0、AW2、AW3分別對(duì)應(yīng)空載、額載、滿載的載客工況。

圖1無網(wǎng)受流列車及耦合線圈安裝示意

表1新型無接觸網(wǎng)供電低地板電車參數(shù)

他們發(fā)現(xiàn)，若針對(duì)特定的系統(tǒng)輸出功率、效率指標(biāo)，當(dāng)耦合機(jī)構(gòu)互感參數(shù)大于某一值時(shí)，系統(tǒng)若跟蹤最優(yōu)功率輸出曲線運(yùn)行，可使其始終保持較高的功率輸出能力；基于以上結(jié)論提出的互感參數(shù)最低值，提出耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，綜合考慮實(shí)際車輛條件、控制難度及線圈內(nèi)阻損耗，并結(jié)合工程實(shí)際，從硬件設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，綜合考慮系統(tǒng)能效因素，給出一種針對(duì)目標(biāo)車型的線圈設(shè)計(jì)方案，在目標(biāo)控制策略下，系統(tǒng)應(yīng)用該耦合線圈設(shè)計(jì)方案始終保持高效能的輸出。

圖2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

他們針對(duì)實(shí)際車輛參數(shù)及線圈配置參數(shù)搭建仿真模型，仿真結(jié)果表明，該方法可以保證目標(biāo)車型在實(shí)際運(yùn)行過程中滿足效率要求，且具有較高的功率輸出能力，實(shí)現(xiàn)能效最優(yōu)。研究人員按照本參數(shù)設(shè)計(jì)方法搭建1.5kW的小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖2），實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了參數(shù)設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值，為應(yīng)用于新型城市軌道交通的車輛耦合機(jī)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)提供了理論參考。

本文編自2022年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于輸出能效最優(yōu)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)耦合線圈設(shè)計(jì)”。第一作者為郝文美，1993年生，博士研究生，研究方向?yàn)楦袘?yīng)電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制。通訊作者為張立偉，1977年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡姍C(jī)系統(tǒng)及其控制。本課題得到了國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目的支持。