摘 要
无线电能传输技术越来越受关注，在一些特定场合，例如水下、矿井、移动设备等，无线电能传输技术具有传统电缆供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。电磁感应式无线电能传输的传输功率大、效率高，广泛应用于生产生活中，是最受关注的无线电能传输方式之一。
在采用电磁感应式无线电能传输模型的基础上，分析了其中最重要的两方面：补偿拓扑和磁耦合技术，它们对系统中器件应力、无功需求、功率损耗等都有直接而显著的影响。本文首先列举了几种常用的基本补偿拓扑，针对其中存在的问题，分析了一种新型的的S/CLC补偿拓扑，该补偿拓扑能够实现恒压输出，最大输出功率也不受松耦合变压器参数的限制，并用仿真电路进行了验证；其次，考虑到松耦合变压器参数对无线电能传输系统性能的影响，仿真研究了圆形松耦合变压器的优化设计，得出了各参数对耦合系数的影响，根据优化结果得出了圆形松耦合变压器的设计步骤。
本文依据现有补偿拓扑的缺点，通过Pspice软件对S/CLC补偿拓扑的恒压输出特性进行了仿真验证，证明了其优越性。并通过ANSYSMaxwell磁仿真软件仿真分别研究了变压器铁芯和线圈中的部分参数对圆形松耦合变压器耦合系数的影响，总结了耦合系数在这些参数影响下的变化规律。
关键词：无线电能传输；补偿拓扑；恒压输出；圆形变压器设计
Abstract
Wireless power transmission technology is more and more concerned, in certain situations, such as underwater, mining, mobile devices, such ,wireless power transmission technology than traditional cable power supply advantages, can greatly improve the reliability, convenience, and security of supply.
Inductively Coupled Power Transfer has high power, high efficiency, widely used in the production of life, is one of the most closely watched wireless power transfer.In this paper, some common basic compensation topologies are enumerated, and a new S /CLC compensating topology is analyzed, which can realize constant voltage output. The maximum output power is not limited by the parameters of the loose coupling transformer, and is validated by the simulation circuit. Secondly, considering the influence of the parameters of loose-coupling transformer on the performance of the radio energy transmission system, the optimal design of the circular loose coupling transformer is studied, and the influence of each parameter on the coupling coefficient .The design steps of the circular loose coupling transformer are obtained according to the optimization results.
Based on the shortcomings of the existing compensation topology through S/CLC Pspice software compensation topology and constant voltage output characteristics simulation verified and proved its superiority. And ANSYSMaxwell were studied by magnetic simulation software simulation of transformer core and coils in the portion parameter on round loose-coupling effect of transformer coupling coefficient, under the influence of these parameters of the coupling coefficient of variation.
Keywords: Wireless power transmission, Compensation topology, Constant voltage Output, Design of the circular transformer
1.1 课题来源
本课题主要来源于和中国空间技术研究院的合作项目“用于空间飞行器的近场无线电能传输技术研究”以及和上海航天技术研究院的合作项目“用于旋转机电设备的双向感应耦合式无线电能传输技术研究”。
1.2 课题背景及研究的目的和意义
19世纪中后期，伴随着第二次工业革命，人类社会开始迈入电气化时代。目前，无论是遍布全球各地的电网、高压线，还是各种小型的家用电气，基于金属导线的点对点直接接触传输是电能的主要传输方式。然而，这种所谓的“有线”传输方式也存在很多问题。由于摩擦、老化的原因，电能传输过程中十分容易产生火花，对用电设备的寿命和用电安全产生不利影响。此外，传统的有线电能传输方式在矿井和水下这类特定的应用场合中并不适用，也不便于植入人体的医疗设备的长期供电。
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