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近年来,电动汽车(Electrical Vehicle,EV)作为缓解环境矛盾和实现能源清洁利用的重要把手,逐渐被各国所接受并被大力推广。然而,现有的电动汽车多采用有线充电方式,但有线充电存在可操作性差、安全性低、占地面积大等缺点,在很大程度上限制了电动汽车的大面积推广。相比而言,无线电能传输系统(Wireless Power Transfer System,WPTS)以其高安全性、强可操作性、易智能化等优点,具有极强的研究价值和广阔的应用前景。但在WPTS的实际使用过程中,系统效率会因多种因素的作用而产生明显的下降,这无疑给WPTS的标准化、市场化蒙上了一层阴影。造成WPTS效率下降的两个重要原因分别是:1)WPTS长期在高频带载条件下运行会导致系统内部元件温度升高,进而造成的系统内阻增大,引起系统效率下降;2)电动汽车车身宽度与车位之间尺寸的不统一,导致WPTS磁耦合器能量传输线圈间的相对位置会在横向和纵向上产生偏移,进而造成系统磁耦合器耦合系数的降低,引起系统效率下降。针对这两个原因,本文主要进行了以下工作:1)本文为了抑制由于系统电阻的增大而引起的效率下降,针对两线圈WPTS,提出了磁耦合器的最优耦合系数区间,该区间不仅可以有效地抑制由于系统内阻的增大而引起的效率下降,同时还可以保证WPTS的有功输出满足实际需要。本文进一步将仿真计算和穷举法相结合,确定出了不同WPTS在系统运行频率为85 kHz、55 kHz和25 kHz时的最优耦合系数区间。2)为了提高WPTS效率的抗偏移能力,本文提出了一种三线圈磁耦合器的优化设计方案。该磁耦合器中继线圈的尺寸略大于原边和副边线圈,且中继线圈高于原边线圈30 mm。此外,中继线圈补偿电容的容值可随着原副边线圈间偏移距离的变化而改变,当原边和副边线圈之间的横向或纵向偏移分别达到200 mm或50 mm时,中继线圈还可以随着副边线圈一起做横向或纵向移动。3)本文设计并制作了一台3 kW WPTS样机,并通过实验测得了当WPTS的耦合系数处于最优耦合系数区间时,由于系统内阻的增大而造成的系统效率的下降将从19.065%减小到5.264%,此时系统的输出功率仍可以满足需求,从而验证了最优耦合系数区间的有效性。此外,通过实验,本文还测得了当三线圈磁耦合器原边和副边线圈的横向和纵向偏移分别达到300 mm和100 mm时,三线圈磁耦合器的效率的下降仅为4.246%和2.811%,该结果远低于现有磁耦合器由于原边和副边线圈间的偏移而造成的系统效率的下降的水平,从而证实了本文所设计的三线圈磁耦合器的效率具有较强的抗偏移能力。