应用于自行小车的非接触供电实验系统研发

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申请表项目名称应用于自行小车的非接触供电实验系统研发项目所属一级专业门工学项目所属二级专业类机械类项目类型（）个人项目（√）团队项目项目实施时间起始时间：2009年5月完成时间：2010年5月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话E-mail主持人金钰飞07级南航机电学院-机械工程及其自动化[e-mail]闫文吉07级南航机电学院-飞行器制造工程[e-mail]成员孟岭超07级南航机电学院-工业设计[e-mail]蒋颖姿07级南航机电学院-工业设计[e-mail]导师姓名楼佩煌年龄46单位机电学院行政职务/专业技术职务部长/教授主要成果作为项目负责人和主要研究人员先后完成了国家“863”高科技计划项目、部省联合重大科技攻关项目、国防预研项目20多项。科研成果获得部省科技进步一等奖2项，二等奖2项，三等奖5项，荣立国防预研三等功1次。同时在学术期刊和国内外学术会议上发表研究论文120多篇，出版学术著作8部。一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）本项目组为跨专业团队，包括校机械工程及其自动化专业二年级、飞行器制造专业二年级、工业设计二年级的学生，学习成绩优秀，在基础理论和实践能力训练上打下了良好的基础，已经掌握了机械设计、电工电子学、网络技术及其应用、PLC编程及其原理、单片机编程原理、数据库应用技术、数字电路和模拟电路课程设计等基础技术课程，能够熟练运用各类工程应用软件，如Matlab、EDA、ProE、UG等，基本了解了一个工程项目设计开发的基本过程。另外，本项目的指导教师不但是本项目的指导教师，一年前已经是项目组成员的本科生导师，在导师的指导下，通过自学、参与研究开发项目等方式学习了数字信号处理器（DSP）、高频逆变技术、分离式变压器、感应取电装置（拾电器）等内容，从我们项目组掌握的知识和基本技能以及之前已有的校级大学生实践创新训练计划项目的经验，应当可以自信地说我们完全有能力做好本项目的研究开发工作！项目组成员对工业机电一体化技术、磁场耦合技术、自动化技术等方面具有很大的兴趣，在学习期间，我们利用学校电工电子实验室完成了“整流滤波电路”、“谐振补偿”等项目模块。另外，还在导师的实验室，参与了部分实验室建设项目，在机电一体化、分离变压器等方面具有较好的技术基础。通过这样的锻炼，项目组成员已经初步具备了一定的创新能力和较强的团队协作意识，如果能够提供我们参加大学生创新实践项目，将更好地发挥我们的兴趣爱好和学习特长，我们坚信能够持之以恒地把大学生创新实践项目做下去，并能取得丰硕的成果。综上所述，本项目组成员较好地掌握了参与大学生创新实践项目的基本理论和基本技能，对工业自动化、机电一体化等技术具有非常浓厚的兴趣，通过参与大学生挑战杯创新大赛等实践性环节的锻炼，取得了较好的成绩，并培养了一定的创新意识和实践能力。我们有信心和能力以优异的成绩完成大学生创新实践项目。组员成绩绩点附表组员专业平均学分绩点金钰飞机械工程及其自动化3.3闫文吉飞行器制造工程3.6孟岭超工业设计3.8蒋颖姿工业设计3.4二、项目方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）本项目以机械工程及其自动化专业学生实践创新训练为目标，结合本专业机械制造柔性自动化这一发展方向，开展大学生实践创新教学活动。本项目的总体方案如下：（一）训练目标（1）训练目标本项目的训练目标是以机械工程及其自动化为背景，通过研究非接触供电技术的基本原理、发展过程和研究现状，探讨非接触供电技术应用于电动自行小车的可行性，并对非接触供电技术的关键技术进行研究和开发，开展机电控制、信息技术、生产管理、自动控制的综合集成创新训练，达到激发学习主动性、积极性和创造性，提高大学生科学素质和文化素养，培养大学生创新精神、创业精神和实践能力的目标。（2）研究项目非接触供电（ContactlessPowerSupply,CPS），也称为感应耦合电能传输（InductiveCoupledPowerTransmission,ICPT）技术，是指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接触，甚至它们之间还有相对运动的情况下，实现电能的传输。非接触供电系统的理论依据是电磁感应原理。该技术利用现代电力电子能量变换技术、磁场耦合技术，借助于现代控制理论和微电子控制技术，实现能力从静止设备向可运动设备的感应电能传输。目前国际上普遍采用的具体解决方案是利用气隙变压器来实现电能的非接触传输。常规变压器的原、副边线圈绕在共同的闭合的铁芯上，虽然磁路耦合系数很高，但原、副边线圈不能相对运动。而CPS变压器的原边绕组可安置在输电轨上，延伸为很长的环线，副边线圈绕在围着原边绕组可以移动的开口铁芯上。其原、副边之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低由提高原边输入电源的频率加以补偿。正是这种结构，使得非接触供电与传统方式相比有以下优点：供电系统和负载之间无任何接触，无摩擦，易维护。本项目主要结合自动化物料输送装备领域中电动自行小车对非接触供电系统的需求，研究非接触供电技术的基本原理、发展过程和研究现状，探究非接触供电技术应用于电动自行小车的可行性，并对非接触供电技术研究的关键技术进行研究的开发。（二）前期准备（1）前期准备情况本项目是与江苏天奇物流系统工程有限公司的一个合作项目，该项目的目的是研发应用于自行小车的非接触供电实验系统，项目经费可以得到保证。导师所在的实验室通过“十五”“211工程”学科建设项目的建设，已经建立了一套与本项目相关的完整的开发平台。本项目组的成员已经搜集了有关CPS系统涉及的关键技术，如效率、辐射和系统等，并参与了部分工作，对项目有了一个基本的了解，并对下一步研究有较大的兴趣。（2）进一步的工作通过本项目的实现将实现以下目标：○1完成非接触供电系统的总体设计，包括原边和副边两大部分。○2在完成整流滤波电路的基础上，进行高频逆变电路部分、谐振补偿电路及分离变压器原边线圈部分的设计和开发；○3完成非接触供电系统拾电器的开发；○4系统集成与调试、进一步改进与提高；○5可靠性测试与研究；○6系统试运行。（三）组织实施本项目将主要由项目承担人自主负责，指导教师在关键环节予以指导。项目组将采取分工协作的方式进行，项目负责人将负责项目总体设计、任务分解、计划制定、进度控制、项目检查等工作。项目组成员按照分工的内容独立完成相关研究开发工作，并按照总体进度要求，及时提供相关的研究成果和研究报告。（四）过程管理项目实施过程中，将按照项目实施计划定期进行检查，对出现的问题要及时组织讨论，提出解决方案，在必要时请指导教师协助解决。项目经费使用对事先经过审查论证的内容，只要由申请人提出，项目负责人批准即可使用。对于额外需要的经费必须要由申请人提出申请，说明理由，负责人批准，指导教师同意。（五）实践环节项目实施过程中需要涉及多个实践性环节，如零部件加工制造，将向学校工程训练中心或所在学院专业实验室完成。电路板的制作将委托专业加工厂完成，电子元器件除了需要电子封装的外，由项目组成员自行完成。项目试验过程中，事先要完成试验大纲的制定，试验计划（步骤）的确定，试验结束要完成试验报告的撰写，并存档保存。（六）指导教师本项目指导教师由机电学院常务副院长楼佩煌教授担任，他已经承诺为本项目的实施提供必要的经费支持，并提供实验场所和技术指导。（七）项目结题项目完成后，对项目要进行结题，项目成员分别撰写研究报告和心得，并提供下列成果：（1）项目总结报告；（2）提供一台模型小车，并提供相关的研究工作技术报告；（3）在公开期刊发表学术论文3－4篇；（4）申请专利1项。（八）项目创新点传统供电方式在给电力机车、地铁机车、城市有轨机车等移动设备进行供电时，一般是采用相对滑动接触的方式传递能量。实践表明，这种方式在使用上存在诸如滑动磨损、接触火花、碳积累、不安全裸露导体等缺点，不仅限制了运动速度，而且还由于摩擦作用损伤了设备，影响了寿命，甚至有时还需要花费高昂代价来检修、维护设备，在一些恶劣环境下（如地下采矿，水下作业等）的应用也受到了很大的限制。非接触供电技术是一种利用电磁感应耦合理论并结合高频变换技术的新型电能传输技术。该技术借助于现代控制理论和微电子控制技术，实现能量从静止设备向可运动设备的感应电能传输，原副边线圈可相对运动，原边绕组可安置在输电轨上，延伸为很长的环线，副边线圈绕在围着原边绕组可以移动的开口铁芯上，实现了电能安全、可靠、高效、灵活的非接触传输。克服了传统电能传输中的诸多不足，开创了能量传输的新方法。其原理图如图所示：初级输入次级输出初级线圈传统变压器初级输入次级输出初级线圈非接触电能传输(CPS)次级线圈次级线圈（九）技术指标(1)高频逆变后的交流电频率：20KHz；(2)最大传输效率：60%；(3)副边拾取的最大功率：150W。三、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持策等）（1）学校现有的实验室，特别是开放实验室、创新实验室将为本项目开放，工程训练中心和其他实验室技术人员将提供必要的培训和指导；（2）学校提供1：1的研究配套经费；（3）参与项目予以承认一定的学分；（4）配备具有较高学术造诣的指导教师指导完成项目的实施。四、预期成果（1）在公开期刊上发表学术论文3－4篇；（2）提供项目研究报告和技术报告；（3）申请专利1项。五、经费预算项目总经费为3万元，其中0.6万元申请资助，2.4万元由指导教师提供资助。经费预算如下：（1）元器件费：1.8万元；（2）论文发表费：0.5万元（3）资料费、专利申请费：0.7万元六、导师推荐意见项目前期论证充分，可以达到预期的目标。申请者学习成绩优良，具有较强的自学能力和动手实践能力，同意推荐。本人承诺提供相关的实验条件和经费支持，并在技术上予以指导。签名：2009年5月18日七、院系推荐意见同意推荐院系负责人签名：学院盖章：年月日八、学校推荐意见：同意推荐学校负责人签名：学校公章年月日