动态耦合无线电能传输过程中高频电磁力作用与平抑方法研究

基本信息
批准号:51677132
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:张献
学科分类:
依托单位:天津工业大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:祝丽花,刘雪莉,章鹏程,李阳,苑朝阳,蒋思媛,王斌
关键词:
三维磁场测量重构动态耦合无线充电高频电磁力无线电能传输电磁力平抑方法
结项摘要

Safety, stability and reliability are the common rules for judging different ways of power transmission. Among those, wireless power transmission technology realizes wireless power transfer from the transmitter to receiver at high transmission and conversion efficiency via space magnetic field generated by its high frequency current flows in both sides of the system. The current in both coils would results in unavoidable interaction force between each coil. The most heated research in wireless power transmission concentrate on the principles of wireless power transmission, energy efficiency target, control and transformation strategy and etc. No intention has been paid in electromagnetic force generated in transmission. With the development of research, the problems of electromagnetic force would emerge, considering all kinds of dynamic coupling methods with moving loads and the intervention of magnetic conducting materials or metal materials. The project aims at solving the fundamental problems of electromagnetic forces of high power dynamic coupling loads under different conditions. The keys of the research are studying the mechanism of periodic force, stable suction or repulsion force and transient impulsive force generated by high frequency current. The contributions of different parameters among materials in electromagnetic force and the mechanical modeling method of multi-physics dynamic coupling are to be explored. Typical stable high power coupling modes of wireless power transmission systems for high speed train and electric vehicle are to be established. Certain solutions to balance and to reduce electromagnetic forces bases on the facts of electrical parameters, electromagnetic materials, coupling structure and etc. are to be proposed during the research. The achievements of the project are of significant theoretical and engineering value in stabilizing the reliability of wireless power transmission applications.

安全、稳定、可靠是衡量不同输电方式的共同准则。无线电能传输技术需通过两端流动的高频电流建立空间电磁场,该电流将不可避免地导致电磁力相互作用。目前,国内外研究主要围绕传输原理、能效指标、控制变换等方面展开,而针对大功率高频电磁受力问题的分析尚存在空白。随着研究的深入,移动负载的动态耦合供电及导磁、金属材料的同时介入将会使电磁受力问题更加突出。本项目针对大功率动态耦合负载处于多种材料环境中的电磁受力基础问题,重点研究高频电流引起的周期作用力、稳态吸斥力以及瞬态脉冲力的综合作用机理,阐明不同属性材料对电磁力增强与削弱贡献作用,获得动态耦合多物理场预受力建模方法,提出适用于高铁列车及电动汽车大功率动态无线充电的稳定耦合模式,建立动态耦合电磁力测量与分析系统以进行验证,并从电气参数、电磁材料、耦合结构等多方面给出平抑电磁受力的方法。本项目成果对交通载具稳定可靠无线供电方面具有重要理论意义与工程价值。

项目摘要

本课题对提出的动态耦合无线电能传输过程中高频电磁力作用与平抑方法进行了研究。基于高频电磁力的产生机理,将动态耦合高频电磁场中的电磁力作用解耦为高频电流引起的周期作用力、稳态吸斥力以及瞬态脉冲力的综合作用。通过对耦合线圈和磁屏蔽材料所受到的稳态和瞬态电磁力建模计算,阐明了不同属性材料对电磁力增强与削弱贡献作用,获得多物理场耦合受力建模方法。在此基础上,搭建金属异物介入的无线电能传输系统等效电路模型,并探究不同电气属性金属对耦合空间高频电磁场影响。观察到金属异物在耦合空间中会受到高频电磁力作用产生相对运动的现象,通过构建综合考虑金属参数、空间磁场和动态受力的电动力学方程,探究耦合高频电磁场中金属的动态特性,并搭建大功率无线电能传输系统金属异物电磁力实验测量平台进行验证。考虑到高频电磁力对动态耦合无线电能传输系统机械构件的影响,提出了分别基于抵消机理、相差调控和磁场优化的高频电磁力平抑方法,综合考虑对系统参数的影响探究其可行性,通过搭建实验样机验证其平抑效果。.综合上述结果,本课题研究提出了动态耦合无线电能传输过程中高频电磁力作用机理,并通过多种方法对其进行平抑,提高无线供电交通设施的稳定性和可靠性。资助项目发表期刊论文15篇,其中SCI收录8篇,EI收录7篇,申请国家发明专利10项,培养研究生8名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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