摘要：感應(yīng)耦合式無(wú)線(xiàn)電能傳輸傳輸功率大、效率高，較適合用于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電，但對(duì)松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈精確對(duì)準(zhǔn)要求高，松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈相對(duì)位置變化時(shí)，會(huì)引起互感以及原副邊漏感變化，進(jìn)而影響系統(tǒng)的傳輸功率和效率。本文首先分析原副邊線(xiàn)圈位置變化時(shí)，四種基本補(bǔ)償拓?fù)漭斎腚娏饕约拜敵鲭娏鳎缓蠓治鲈边吢└凶兓瘜?duì)S/SP補(bǔ)償拓?fù)漭敵龉β屎蛡鬏斝实挠绊懛治鯯/SP補(bǔ)償拓?fù)?。針?duì)四種基本補(bǔ)償拓?fù)湓谠边吘€(xiàn)圈位置變化時(shí)存在的問(wèn)題，本文分析S/SP補(bǔ)償拓?fù)?，改變松耦合變壓器副邊?cè)補(bǔ)償電容的值，通過(guò)Matlab仿真結(jié)果分析驗(yàn)證，原副邊線(xiàn)圈發(fā)生水平位置變化時(shí)S/SP補(bǔ)償拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)額定功率傳輸，并且實(shí)現(xiàn)副邊補(bǔ)償電容電壓、電流恒定。

1引言

    近年來(lái)，為了滿(mǎn)足節(jié)能、環(huán)保以及低碳經(jīng)濟(jì)的需求，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)(ElectricVehicle，EV)已成為一種趨勢(shì)。有線(xiàn)充電和無(wú)線(xiàn)充電(WirelessChargingTechnology，WPT)是電動(dòng)汽車(chē)充電的兩種主要方式，無(wú)線(xiàn)充電作為一種新型的充電方式，與有線(xiàn)充電相比使用方便、安全，無(wú)火花及觸電危險(xiǎn)，可適應(yīng)惡劣的環(huán)境和天氣。

    感應(yīng)耦合式無(wú)線(xiàn)電能傳輸（InductiveCoupledPowerTransfer，ICPT）傳輸功率大、效率高，較適合用于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電，但是對(duì)松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈精確對(duì)準(zhǔn)要求較高，在實(shí)際充電過(guò)程中，不同地面清潔度或停車(chē)偏移度將會(huì)導(dǎo)致輸出功率和傳輸效率降低，并且會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間。原副邊線(xiàn)圈偏移時(shí)會(huì)引起原副邊漏感發(fā)生變化而造成丟失完全補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就充電過(guò)程中存在的松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈偏移問(wèn)題進(jìn)行了諸多研究，諸如：線(xiàn)圈優(yōu)化和設(shè)計(jì)、匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、補(bǔ)償拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)。提出一種采用原副邊線(xiàn)圈尺寸不等的方法，當(dāng)線(xiàn)圈發(fā)生軸向偏移或橫向偏移時(shí)，保證耦合系數(shù)變化不明顯，但是該方法僅適用于圓形平面線(xiàn)圈。提出一種副邊繞組采用兩個(gè)繞組線(xiàn)圈正交放置的結(jié)構(gòu)，線(xiàn)圈偏移時(shí)可減小耦合系數(shù)的變化，提高系統(tǒng)的傳輸效率，但是增加了繞組線(xiàn)圈的數(shù)量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。提出一種優(yōu)化設(shè)計(jì)螺旋線(xiàn)圈的方法，線(xiàn)圈偏移時(shí)實(shí)現(xiàn)最大輸出功率和系統(tǒng)傳輸效率，但是僅適用于近場(chǎng)耦合的情況。提出一種SP/S補(bǔ)償拓?fù)洌墒咕€(xiàn)圈在高偏移率下仍可傳輸額定功率，但是未對(duì)原副邊補(bǔ)償電容電壓、電流進(jìn)行分析。

    本文首先分析在松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈偏移時(shí)四種基本補(bǔ)償拓?fù)漭斎腚娏饕约拜敵鲭娏?，并且分析原副邊線(xiàn)圈漏感變化時(shí)對(duì)S/SP補(bǔ)償拓?fù)涞妮敵龉β屎蛡鬏斝实挠绊?。針?duì)四種基本補(bǔ)償拓?fù)浯嬖诘膯?wèn)題，本文分析S/SP補(bǔ)償拓?fù)洌ㄟ^(guò)改變副邊補(bǔ)償電容的值，原副邊線(xiàn)圈發(fā)生水平位置相對(duì)變化時(shí)分析系統(tǒng)傳輸功率以及副邊補(bǔ)償電容電壓、電流值。

2線(xiàn)圈偏移

    大多數(shù)松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈是對(duì)稱(chēng)的，其自感是固定的，對(duì)齊的情況下耦合系數(shù)較高，可實(shí)現(xiàn)較大功率輸出。但在實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生線(xiàn)圈不對(duì)齊的情況，降低系統(tǒng)傳輸功率和傳輸效率，線(xiàn)圈偏移結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文主要研究線(xiàn)圈橫向偏移（也即原副邊線(xiàn)圈水平位置相對(duì)變化）對(duì)S/SP補(bǔ)償拓?fù)漭敵鎏匦缘挠绊?。圖2為松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈發(fā)生軸向位置和水平位置變化時(shí)，對(duì)互感M的影響。圖3為松耦合變壓器原副邊線(xiàn)圈發(fā)生橫向偏移時(shí)對(duì)四種基本補(bǔ)償拓?fù)漭斎腚娏鱥1、輸出電流i2的影響。

圖1原副邊線(xiàn)圈偏移結(jié)構(gòu)圖

    從圖2中可看出，當(dāng)線(xiàn)圈偏移時(shí)，互感M隨偏移距離的增大而迅速減小，進(jìn)而影響系統(tǒng)傳輸功率和傳輸效率。

圖2互感M隨橫向偏移c與軸向偏移h變化曲線(xiàn)

    從圖3中可看出原邊采用串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)，隨著橫向偏移距離的增加，原邊電流增大，易超出電源容量；原邊采用并聯(lián)補(bǔ)償時(shí)輸出電流i2迅速減小，達(dá)不到額定輸出功率。

圖3四種基本補(bǔ)償拓?fù)漭斎腚娏鱥1、輸出電流i2隨橫向偏移距離c變化曲線(xiàn)

3S/SP補(bǔ)償拓?fù)?/strong>