- 頭條如何削弱結構電磁力對無線電能傳輸系統耦合機構的影響？2022-06-24 作者：王奉獻、張獻 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語運行在高頻電磁場環境下的無線電能傳輸系統受到電磁力的作用，長期作用將導致磁屏蔽結構損壞、線圈變形、絕緣破壞等問題。為削弱結構電磁力對無線電能傳輸系統耦合機構的影響，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北工業大學河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室、天津市電氣裝備智能控制重點實驗室（天津工業大學）的研究人員王奉獻、張獻、楊慶新、沙琳、任年振、付志遠，在2022年第1期《電工技術學報》上撰文，提出一種基于相差調控的結構電磁力平抑方法。
大功率無線電能傳輸技術克服了接觸式電能傳輸的缺點與局限性，受到商用電動汽車行業、軌道交通運輸業、港口集裝箱運輸業等領域的廣泛關注。隨著無線電能傳輸技術輸電功率等級的提高，線圈作為能量轉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，在某些特殊用電環境下流經線圈的電流可達到千安級別。
根據電磁場理論可知，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耦合結構間的高頻耦合電磁場將對雙側耦合線圈及磁屏蔽層等結構產生力的作用，當該作用力長期周期性地施加在無線電能傳輸系統耦合機構上，將導致連接構件的松動、主體結構的斷裂并降低器件的使用壽命。
電磁力作為四種基礎作用力，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的研究主要集中在阻抗匹配、線圈結構優化、傳輸距離等方面，關于大功率無線電能傳輸系統耦合機構結構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（河北工業大學）等單位的科研人員為削弱結構電磁力對無線電能傳輸系統耦合機構的影響，提出一種基于相差調控的結構電磁力平抑方法。利用雙線并行型耦合機構，通過調節串接在某發射線圈的可調支路電感值，實現流經耦合線圈的電流之間的相位錯位，最終實現耦合機構整體受力表達的削弱。
圖1 結構電磁力平抑有限元模型圖
他們表示，通過調節可調支路電感值，一方面可實現流經兩發射線圈支路的電流相位錯位；另一方面會對系統傳輸效率產生作用。相比較于未串接可調支路電感的線圈支路，增大可調支路電感值，將導致流經串接可調支路電感的線圈支路的電流幅值和滯后角的增大。
圖2 無線電能傳輸系統測試平臺
研究人員搭建了基于相差調控的結構電磁力平抑有限元仿真模型，獲得耦合機構所受結構電磁力隨可調支路電感的變化曲線。他們指出，隨著可調支路電感值的增大，所受結構電磁力呈現下降趨勢。以m=0.2為例，發射側耦合機構及接收側耦合機構所受電磁力下降幅度分別為28.09%、29.48%，此時雙線并行結構的無線電能傳輸系統的傳輸效率為91.61%。
研究人員最后利用無線電能傳輸系統測試平臺，探究了不同串接電感值下耦合機構所受結構電磁力變化情況。他們指出，隨著串接的可調電感值的增大，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，發射側與接收側耦合機構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《電工技術學報》，論文標題為“基于相差調控的無線電能傳輸系統耦合機構結構電磁力的平抑”，作者為王奉獻、張獻 等。
