如何削弱结构电磁力对无线电能传输系统耦合机构的影响？河北工业大学科研人员提出解决方法

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运行在高频电磁场环境下的无线电能传输系统受到电磁力的作用，长期作用将导致磁屏蔽结构损坏、线圈变形、绝缘破坏等问题。为削弱结构电磁力对无线电能传输系统耦合机构的影响，省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）、河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室、天津市电气装备智能控制重点实验室（天津工业大学）的研究人员王奉献、张献、杨庆新、沙琳、任年振、付志远，在2022年第1期《电工技术学报》上撰文，提出一种基于相差调控的结构电磁力平抑方法。

大功率无线电能传输技术克服了接触式电能传输的缺点与局限性，受到商用电动汽车行业、轨道交通运输业、港口集装箱运输业等领域的广泛关注。随着无线电能传输技术输电功率等级的提高，线圈作为能量转换的载体将承担更大电流冲击并建立更强电磁场强度的耦合电磁场，在某些特殊用电环境下流经线圈的电流可达到千安级别。

根据电磁场理论可知，带电微小粒子在电磁场中将受到力的作用，故无线电能传输系统耦合结构间的高频耦合电磁场将对双侧耦合线圈及磁屏蔽层等结构产生力的作用，当该作用力长期周期性地施加在无线电能传输系统耦合机构上，将导致连接构件的松动、主体结构的断裂并降低器件的使用寿命。

电磁力作为四种基础作用力，广泛存在于各类电气装备中。但是目前针对无线电能传输系统的研究主要集中在阻抗匹配、线圈结构优化、传输距离等方面，关于大功率无线电能传输系统耦合机构结构电磁力的有效平抑方法的研究尚处于起步阶段。

省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）等单位的科研人员为削弱结构电磁力对无线电能传输系统耦合机构的影响，提出一种基于相差调控的结构电磁力平抑方法。利用双线并行型耦合机构，通过调节串接在某发射线圈的可调支路电感值，实现流经耦合线圈的电流之间的相位错位，最终实现耦合机构整体受力表达的削弱。

图1 基于相差调控的结构电磁力平抑有限元模型图

他们表示，通过调节可调支路电感值，一方面可实现流经两发射线圈支路的电流相位错位；另一方面会对系统传输效率产生作用。相比较于未串接可调支路电感的线圈支路，增大可调支路电感值，将导致流经串接可调支路电感的线圈支路的电流幅值和滞后角的增大。

图2 无线电能传输系统测试平台

研究人员搭建了基于相差调控的结构电磁力平抑有限元仿真模型，获得耦合机构所受结构电磁力随可调支路电感的变化曲线。他们指出，随着可调支路电感值的增大，所受结构电磁力呈现下降趋势。以m=0.2为例，发射侧耦合机构及接收侧耦合机构所受电磁力下降幅度分别为28.09%、29.48%，此时双线并行结构的无线电能传输系统的传输效率为91.61%。

研究人员最后利用无线电能传输系统测试平台，探究了不同串接电感值下耦合机构所受结构电磁力变化情况。他们指出，随着串接的可调电感值的增大，相同测试点处所受电磁力减小。以测试点2为例，当电感量由1.533μH增大到14.283μH时，发射侧与接收侧耦合机构测试点处所受电磁力密度幅值分别减小到原来的36.3%、35.55%。

本文编自2022年第1期《电工技术学报》，论文标题为“基于相差调控的无线电能传输系统耦合机构结构电磁力的平抑”，作者为王奉献、张献 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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