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導語

感應耦合式無線電能傳輸技術將能量以非接觸的方式傳輸，能解決傳統插拔式取電所產生的機械磨損及安全隱患等問題，可滿足各種惡劣環境的輸電要求。IPT系統接收線圈在傳能過程中會發生位置偏移、偏轉。當線圈位置變化后，由于發射端與接收端鐵心的存在，系統自感、互感參數會隨著位置的變化而變化，從而導致 IPT 系統發射端不能運行在諧振狀態。

重慶理工大學電氣與電子工程學院的研究人員謝詩云、黃杰、彭春堯、劉睿杰和陳龍在《電工技術學報》2025年18期上撰文，提出了本文提出了一種利用輔助線圈對IPT系統進行動態調諧的方法，構建了以LCC-S 拓撲為傳能通道而將輔助線圈作為調諧通道的IPT系統。通過線性調節調諧通道的輸入電壓可確保系統始終處于諧振狀態，同時采用等效負載的阻抗匹配來抑制高次諧波占比，實現了偏移位置情況下抑制高次諧波的電動車無線充電系統的動態調諧。

研究背景

對于接收線圈位置偏移所造成的系統失諧問題，現有調諧方法可分為四種類型：采用可變電容或電感、調整系統運行頻率、切換電容陣列、利用線圈結構實現自調諧。

通過現有方案的分析研究發現，現有調諧方法不能同時克服兩類局限性：①未考慮傳能通道中逆變輸出電流所含的高次諧波；②無法兼顧耦合機構的抗偏移性能，偏移范圍受到限制。

論文所解決的問題及意義

針對現有調諧方法未考慮傳能通道中逆變輸出電流所含的高次諧波以及接收機構的偏移范圍受到限制的問題，本文提出一種IPT系統輔助線圈動態調諧方案。以LCC-S拓撲為傳能通道，輔助線圈構建獨立調諧通道，通過線性調節調諧通道輸入電壓維持諧振，并結合等效負載阻抗匹配抑制高次諧波，實現偏移場景下充電系統的穩定高效運行，為電動車無線充電的實用化提供新路徑。

論文方法及創新點

1、一種基于輔助線圈的動態調諧方法

圖1為輔助線圈式動態調諧IPT系統所采用的磁耦合機構示意圖，其中，發射機構與接收機構均包含DD型線圈、導磁鐵心及屏蔽鋁板。發射機構還集成了扁平螺旋型線圈作為調諧輔助線圈。

圖1 輔助線圈式磁耦合機構示意圖

圖2為所提出的輔助線圈式動態調諧IPT系統，調諧通道的逆變電路Ⅱ工作頻率與逆變電路Ⅰ一致，借助DC-DC變換電路實時調節uc幅值，確保傳能逆變電路Ⅰ的輸出電壓uet和電流i1t同相，實現對傳能通道的動態調諧。

圖2 輔助線圈式動態調諧IPT系統

2、一種基于阻抗匹配的諧波抑制方法

為了抑制電流高次諧波對系統諧振狀態的影響，本文提出了一種基于阻抗匹配的諧波抑制方法，如圖3。該方法通過匹配等效負載Reqo來降低逆變電流的諧波含量，從而使得逆變電流的基波分量占主導。

圖3 基于Boost變換電路阻抗匹配等效圖

為了實現在高次諧波下IPT系統的動態調諧，構建了基于輔助線圈的動態調諧控制系統，如圖4。所構建控制系統首先實現高次諧波抑制，在諧波得到抑制后，驅動電路調節Sepic電路的PWM脈沖序列，從而改變調諧通道輸入電壓，并給出了動態調諧的具體控制流程，如圖5所示。

圖4 動態調諧控制系統圖

圖5 調諧控制流程圖

3、實驗驗證

結合補償電路的參數配置方法，搭建了傳輸間距120mm的500W實驗平臺，如圖6所示，驗證了所提的抑制高次諧波和動態調諧方法的可行性和正確性。實驗結果表明：結果表明，在X軸±30%和Y軸±50%偏移情況下，所搭建系統的逆變輸出相位差始終在8°以下，基波分量為高次諧波分量的10倍以上。

圖6 實驗平臺

結論

本文提出了一種計及高次諧波影響的 IPT 系統輔助線圈式動態調諧方法，揭示了輔助線圈與傳能線圈所在兩路能道的功率分配機理，推導了傳能通道高次諧波抑制比對應的負載等效電阻，給出了既能滿足傳能通道諧振條件又能實現高次諧波抑制的調諧通道輸入電壓控制方法。

實驗結果表明：在設定的偏移范圍內，所提出的動態調諧方法可確保IPT 系統始終處于諧振狀態，同時高次諧波占比低于要求值。所構建的輔助線圈式動態調諧方法可實現傳能通道的無級連續調諧，不改變傳能通道的拓撲形式并且對拾取功率不存在影響。

團隊介紹

研究團隊隸屬于重慶理工大學能源互聯網工程技術研究中心。研究中心近年來承擔了工信部重點科技項目、國家自然科學基金資助項目、重慶市基礎與前沿重點項目、重慶市重點研發計劃以及多項校企合作項目。研究中心長期致力于高溫高壓環境下旋轉傳動機構無線電能傳輸技術、高壓輸電線非接觸取能、電動車無線充電的研究與應用。研究團隊針對電動車充電技術及其輔助管理系統開展的科技項目累計50余項，圍繞無線電能傳輸系統關鍵技術的科研及應用項目累計30余項，已在國內外知名學術期刊發表論文100余篇，獲授權發明專利50余項。

謝詩云

副教授，碩士生導師，研究方向為電能變換與控制技術、無線電能傳輸技術、電動車智能充電技術等。

黃杰

碩士研究生，研究方向為無線電能傳輸技術。

彭春堯

碩士研究生，研究方向為無線電能傳輸技術。

劉睿杰

碩士研究生，研究方向為無線電能傳輸技術。

陳龍

講師，研究方向為電能變換與控制技術、無線電能傳輸技術、無人機智能充電技術等。

本工作成果發表在2025年第18期《電工技術學報》，論文標題為“計及高次諧波影響下無線電能傳輸系統輔助線圈式動態調諧方法“。

引用本文

謝詩云, 黃杰, 彭春堯, 劉睿杰, 陳龍. 計及高次諧波影響下無線電能傳輸系統輔助線圈式動態調諧方法[J]. 電工技術學報, 2025, 40(18): 5742-5758. Xie Shiyun, Huang Jie, Peng Chunyao, Liu Ruijie, Chen Long. A Dynamic Tuning Method with an Auxiliary Coil for Wireless Power Transfer System Considering the Influence of Higher Harmonics. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(18): 5742-5758.

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