应用于汽车无线充电的松散耦合变压器优化设计

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由于无线充电技术不需要物理线路的连接，因此相比于普通的插电式充电系统具有更高的安全系数，更加适用于严苛的充电环境，如矿场作业，雨雪天气等。电动汽车在节能环保的大环境下具有更好的应用前景，但是储能密度不高，电池体积过大一直限制电动汽车的发展。应用无线充电技术可以减小电池体积，同时提供方便、安全的充电环境[1]。
决定无线充电系统效率的主要因素是松散耦合变压器，因此需要合适的方法来优化变压器的结构特性以及电路参数特性，达到系统效率的最优化。由于体积、空间的限制，松散耦合变压器一般采用平面结构。根据变压器产生的磁通分布特点，可分为单面变压器和双面变压器结构。文献[2]给出了单面圆盘状的变压器结构，文献[3]在[2]的基础上提出了一种优化的“DD”变压器结构。虽然该结构能够得到相对优化的耦合系数，但是因为零耦合偏移点的存在限制了偏移的范围。该文提出通过增加一组额外的绕组和电路来提升偏移范围，但是电路的整体成本增加，系统稳定性下降。而螺线管结构的双面变压器结构不存在零耦合偏移点，因此偏移条件下的耦合特性更好。同时磁路路径大，适用于原副边距离比较大的应用场合。虽然双面变压器的背部漏磁比较大，但是可以通过屏蔽装置减小背部漏磁，增大原副边的耦合特性。