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无接触功率传输技术是综合运用电力电子技术、高频变换技术和电磁感应耦合技术,安全、可靠、灵活地实现电能传输的新技术。而远距离无接触功率传输的研究与实现,将对传统的电力供应产生重大的影响,开创人类传输电能的新方法。电磁耦合机构是研究远距离无接触功率传输的关键之一,本论文在参考借鉴前人研究成果的基础上,对基于空间电磁场耦合的远距离无接触功率传输的电磁耦合机构进行了探索研究。
论文研究以空间组合线圈结构构成的电磁耦合机构为模型展开。首先通过对无接触功率传输系统电路模型的分析,计算了单一载流圆环线圈在空间任一点的矢量磁位和磁感应强度,对单一线圈的自感进行了分析,并推导计算了空间两圆环线圈的互感。由于自感、互感计算过程的复杂性,研究中采用ANSYS电磁仿真软件对两种平面型和抛物面型的发射机构在空间发射的磁场分布进行了仿真与比较。在同一接收机构下,对不同接收距离时不同的发射机构进行了自感、互感与耦合系数的计算与比较,得出了10圆环平面螺旋发射机构是其中较优的机构。当发射机构是10圆环平面螺旋型线圈时,分析讨论了平面螺旋发射机构在不同圆环个数时的自感、互感与耦合系数,发现不同接收距离下,耦合机构在最大耦合系数时此发射机构的圆环个数是有变化的。对较远距离时的螺线管型与平面螺旋型接收机构进行了分析,得出线圈的增加并不一定能增加耦合系数的结论。
另外,理论分析了频率变化时无铁芯电磁耦合机构线圈的内自感的变化,内自感的变化从而引起整个机构的自感与互感的变化,并对此进行了仿真,发现自感变化主要集中在一个频率段。讨论了自感等的变化对耦合机构补偿电容理论计算值的影响,从而影响电路谐振时的计算电容。还分析了电路补偿对此远距离无接触功率传输的传输能力及效率的影响,以及分析了频率的微弱变化对远距离无接触功率传输的极大的影响。
最后,理论分析与仿真软件仿真讨论了无接触功率传输系统的高频电源的一种新方法,即用晶振产生高频方波,将高频方波分频后通过一带通滤波电路后得到高频的正弦波,然后对高频正弦波信号推挽放大,得到能提供一定功率的正弦波高频电源,其在不需要较大功率的场合是较适用的。用实验实现了高频电源,且对平面螺旋型发射与接收耦合机构在无电容补偿时进行了初步实验,当发射机构与接收机构的中心不同轴时,得出两轴距离越大,接收到的感应电压越小。