无网受流列车作为一种新型城市轨道交通车辆，摆脱了传统的架空接触网，采用感应电能传输（Inductive Power Transfer, IPT）技术进行电能传输，使供电系统和车辆能够在没有物理接触的情况下进行能量传递，不仅解决了基于传统理论的接触式供电模式带来的问题，如容易产生损耗、接触火花、碳积，不易维护搭设，建造费用高等，而且提高了车辆运行的安全性、可靠性和灵活性。

将IPT技术应用于城市轨道交通车辆，必须满足轨道交通系统大功率、高效率的供电需求，其中，感应耦合电能传输系统中的线圈作为能量传输的载体，其配置与布局既要与应用目标车型相匹配，又要保证感应电能传输系统的传输性能及稳定性。它的铺设方式、参数设计等将对能量传递功率和效率等产生直接影响，因此对耦合线圈的研究显得尤为重要。

目前，国内外学者对感应电能传输系统中耦合线圈进行了诸多的研究。但是现有文献大都采取不同的优化流程及评价方法，对耦合线圈某一方面的性能参数进行优化，而没有给出针对具体应用环境的整体耦合系统线圈参数设计方法。由于线圈参数设计时，功率、效率等重要性能指标对线圈匝数、互感等参数的要求往往相反，因此需要对耦合线圈参数进行全局设计。

北京理工大学机械与车辆学院、北京交通大学电气工程学院、交通部水运科学研究院的研究人员郝文美、张立伟、蔡娇、杨瑞、修三木，在2022年第8期《电工技术学报》上撰文，提出一种适用于实际工程应用的耦合线圈设计及配置方法。

研究人员以应用感应耦合电能传输技术的2M2T、100%低地板无网受流列车为应用背景，图1为应用感应电能传输技术的无网受流列车实际结构及耦合线圈安装空间示意图，表1为车辆相关参数，其中，AW0、AW2、AW3分别对应空载、额载、满载的载客工况。

图1无网受流列车及耦合线圈安装示意

表1新型无接触网供电低地板电车参数

他们发现，若针对特定的系统输出功率、效率指标，当耦合机构互感参数大于某一值时，系统若跟踪最优功率输出曲线运行，可使其始终保持较高的功率输出能力；基于以上结论提出的互感参数最低值，提出耦合机构设计要求，综合考虑实际车辆条件、控制难度及线圈内阻损耗，并结合工程实际，从硬件设计的角度出发，综合考虑系统能效因素，给出一种针对目标车型的线圈设计方案，在目标控制策略下，系统应用该耦合线圈设计方案始终保持高效能的输出。

图2 实验平台

他们针对实际车辆参数及线圈配置参数搭建仿真模型，仿真结果表明，该方法可以保证目标车型在实际运行过程中满足效率要求，且具有较高的功率输出能力，实现能效最优。研究人员按照本参数设计方法搭建1.5kW的小型实验平台（图2），实验结果证明了参数设计方法的可行性和有效性，具有很高的工程应用价值，为应用于新型城市轨道交通的车辆耦合机构实际设计提供了理论参考。

本文编自2022年第8期《电工技术学报》，论文标题为“基于输出能效最优的感应电能传输系统耦合线圈设计”。第一作者为郝文美，1993年生，博士研究生，研究方向为感应电能传输系统设计与控制。通讯作者为张立伟，1977年生，教授，博士生导师，研究方向为电机系统及其控制。本课题得到了国家重点研究计划资助项目的支持。