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基于ANSYS Maxwell的电动汽车无线充电系统线圈结构优化和磁场分析
| 论文题名： | 基于ANSYS Maxwell的电动汽车无线充电系统线圈结构优化和磁场分析 |
| 关键词： | 电动汽车;线圈结构;无线充电;Maxwell有限元仿真;磁场分析 |
| 摘要： | 随着经济和科技的快速发展，人们对传统化石燃料的需求愈加旺盛。由于传统化石能源对环境污染较大，且具有不可再生的缺点。因此在交通领域，电动汽车由于其低碳绿色节能的特点而受到了广泛关注。但是目前广泛所采用的的有线充电方法存在许多问题，如接口不一、耗费时间多、充电桩数量不够和容易受环境影响等。此外，电动汽车的续航能力较差，也一直是诟病所在。为解决上述问题，无线充电方法被提出。无线充电方法具有安全、方便、智能化等优点，能够促进电动汽车的商业化进程。 本文以无线充电系统为研究对象，首先对无线充电系统进行结构分析；其次对充电线圈进行数学建模和原理分析，建立了互感耦合模型和谐振补偿网络模型，并在此基础上计算了系统的功率和效率，分析了电感、频率、耦合系数等多个参数对系统功率和效率的影响；对磁屏蔽机理进行分析，得出屏蔽板上的涡流大小和涡流损耗的影响因素。针对以上分析，分别进行如下实验： (1)选取了无线充电线圈中的线圈形状、磁芯、垂直距离、多个方向偏移等多个参数对系统自感、耦合系数等参数的影响，利用ANSYSMaxwell进行有限元仿真分析，根据仿真结果并结合理论分析对线圈结构进行优化。优化后的线圈在同样偏移下，耦合系数的减小幅度降低了38%。 (2)研究了磁屏蔽板尺寸、厚度、相对位置等参数对无线充电系统参数的影响，提出一种基于电流密度分布改变屏蔽板结构的方法，对屏蔽板的结构进行优化。所得屏蔽板结构的屏蔽效果为分别在距离线圈中心0.5米和0.41米时低于国标规定的27μT，同时节省了屏蔽板的耗材1.15kg。 (3)设计了无线充电系统电路，建立了Maxwell和Twinbuiler无线充电系统联合仿真模型，所得线圈结构的输出功率达到2.44kW，效率达到97.6%。搭建实验平台，对系统传输功率和抗偏移特性进行实验，在高度为150mm，输入功率256W，负载为50Ω时，系统的输出功率为226W，传输效率达到88.9%。在偏移量小于60mm时，系统传输效率在82%以上。 |
| 作者： | 叶怡君 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 刘之涛;侯卫锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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