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無網(wǎng)受流列車作為一種新型城市軌道交通車輛，擺脫了傳統(tǒng)的架空接觸網(wǎng)，采用感應電能傳輸（Inductive Power Transfer, IPT）技術(shù)進行電能傳輸，使供電系統(tǒng)和車輛能夠在沒有物理接觸的情況下進行能量傳遞，不僅解決了基于傳統(tǒng)理論的接觸式供電模式帶來的問題，如容易產(chǎn)生損耗、接觸火花、碳積，不易維護搭設(shè)，建造費用高等，而且提高了車輛運行的安全性、可靠性和靈活性。

將IPT技術(shù)應用于城市軌道交通車輛，必須滿足軌道交通系統(tǒng)大功率、高效率的供電需求，其中，感應耦合電能傳輸系統(tǒng)中的線圈作為能量傳輸?shù)妮d體，其配置與布局既要與應用目標車型相匹配，又要保證感應電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能及穩(wěn)定性。它的鋪設(shè)方式、參數(shù)設(shè)計等將對能量傳遞功率和效率等產(chǎn)生直接影響，因此對耦合線圈的研究顯得尤為重要。

目前，國內(nèi)外學者對感應電能傳輸系統(tǒng)中耦合線圈進行了諸多的研究。但是現(xiàn)有文獻大都采取不同的優(yōu)化流程及評價方法，對耦合線圈某一方面的性能參數(shù)進行優(yōu)化，而沒有給出針對具體應用環(huán)境的整體耦合系統(tǒng)線圈參數(shù)設(shè)計方法。由于線圈參數(shù)設(shè)計時，功率、效率等重要性能指標對線圈匝數(shù)、互感等參數(shù)的要求往往相反，因此需要對耦合線圈參數(shù)進行全局設(shè)計。

北京理工大學機械與車輛學院、北京交通大學電氣工程學院、交通部水運科學研究院的研究人員郝文美、張立偉、蔡嬌、楊瑞、修三木，在2022年第8期《電工技術(shù)學報》上撰文，提出一種適用于實際工程應用的耦合線圈設(shè)計及配置方法。

研究人員以應用感應耦合電能傳輸技術(shù)的2M2T、100%低地板無網(wǎng)受流列車為應用背景，圖1為應用感應電能傳輸技術(shù)的無網(wǎng)受流列車實際結(jié)構(gòu)及耦合線圈安裝空間示意圖，表1為車輛相關(guān)參數(shù)，其中，AW0、AW2、AW3分別對應空載、額載、滿載的載客工況。

圖1無網(wǎng)受流列車及耦合線圈安裝示意

表1新型無接觸網(wǎng)供電低地板電車參數(shù)

他們發(fā)現(xiàn)，若針對特定的系統(tǒng)輸出功率、效率指標，當耦合機構(gòu)互感參數(shù)大于某一值時，系統(tǒng)若跟蹤最優(yōu)功率輸出曲線運行，可使其始終保持較高的功率輸出能力；基于以上結(jié)論提出的互感參數(shù)最低值，提出耦合機構(gòu)設(shè)計要求，綜合考慮實際車輛條件、控制難度及線圈內(nèi)阻損耗，并結(jié)合工程實際，從硬件設(shè)計的角度出發(fā)，綜合考慮系統(tǒng)能效因素，給出一種針對目標車型的線圈設(shè)計方案，在目標控制策略下，系統(tǒng)應用該耦合線圈設(shè)計方案始終保持高效能的輸出。

圖2 實驗平臺

他們針對實際車輛參數(shù)及線圈配置參數(shù)搭建仿真模型，仿真結(jié)果表明，該方法可以保證目標車型在實際運行過程中滿足效率要求，且具有較高的功率輸出能力，實現(xiàn)能效最優(yōu)。研究人員按照本參數(shù)設(shè)計方法搭建1.5kW的小型實驗平臺（圖2），實驗結(jié)果證明了參數(shù)設(shè)計方法的可行性和有效性，具有很高的工程應用價值，為應用于新型城市軌道交通的車輛耦合機構(gòu)實際設(shè)計提供了理論參考。

本文編自2022年第8期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“基于輸出能效最優(yōu)的感應電能傳輸系統(tǒng)耦合線圈設(shè)計”。第一作者為郝文美，1993年生，博士研究生，研究方向為感應電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計與控制。通訊作者為張立偉，1977年生，教授，博士生導師，研究方向為電機系統(tǒng)及其控制。本課題得到了國家重點研究計劃資助項目的支持。