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Wireless Battery Charger for Electric Cars
Die bereits in der Literatur vorgestellten Ansätze zur Erstellung eines induktiven Kopplers sind sehr unterschiedlich. Und damit ist auch noch kein allgemein gültiger Ansatz vorhanden, wie man einen induktiven Koppler auslegt. In dieser Thesis wird ein 3D-Finite-Elemente Simulationsprogramm verwendet, um verschiedene Spulengeometrien zu untersuchen und zu optimieren. Schliesslich werden generelle Empfehlungen präsentiert, unter deren Verwendung eine möglichst hohe Kopplung verbunden mit einer möglichst hohen Magnetisierung erreicht wird. Dazu gehören ein optimales Verhältnis zwischen den Dimensionen der Sender- und der Empfängerspule, die Verwendung eines Ferritkerns und auch die geeignete Anzahl Lagen der Wicklungen.
Es werden auch Möglichkeiten aufgezeigt, mit welchen die Flussdichte in der menschlichen Umgebung verringert werden kann.Mit der optimierten Kernkomponente, dem induktiven Koppler, kann der Resonanzkreis ausgelegt werden. In dieser Thesis wird gezeigt, dass für einen möglichst hohen Wirkungsgrad die Resonanzfrequenz auf der Sekundärseite grösser gewählt werden muss als auf der Primärseite, die Schwingkreise werden also verstimmt. Ebenfalls sollen die Windungszahlen auf der Primär- und der Sekundärseite unterschiedlich gewählt werden. Damit wird bewirkt, dass der Primärstrom minimiert und die Gesamtscheinleistung reduziert und besser aufgeteilt wird.
Es wurde ein Programm entwickelt, welches die optimalen Windungszahlen und Resonanzfrequenzen berechnet. Zustätzlich wird für den gewählten Betrieb in der induktiven Region das Softswitching optimiert, welches die gesamte Auslegung abrundet.Mit diesem aufeinander abgestimmten Gesamtsystem werden die Zielsetzungen bei weitem übertroffen. Über einen Luftspalt von 50mm bis 160mm und einen minimalen Kopplungskoeffizienten von 11.4 % können 3.5 kW übertragen werden, bei einem Wirkungsgrad zwischen 95.5 % und 96.5 %. Dies bei Empfängerdimensionen von 240 mm x 240 mm.