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非接觸式松耦合感應電能傳輸系統(tǒng)原理分析與設計
摘要：給出了非接觸式松耦合感應電能傳輸?shù)幕驹�，討論了影響系統(tǒng)電能傳輸?shù)年P鍵因素。針對不同的應用場合，對原副邊進行了補償設計，提高電能傳輸效率和減小供電電源的電壓電流定額。并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和可控性問題進行了討論。最后，基于以上分析，給出非接觸式松耦合感應電能傳輸系統(tǒng)的一般設計方法。關鍵詞：非接觸式；感應電能傳輸；松耦合；系統(tǒng)設計
引言
接觸式電能傳輸通過插頭—插座等電連接器實現(xiàn)電能傳輸，在電能傳輸領域得到了廣泛使用。但隨著用電設備對供電品質、安全性、可靠性等要求的不斷提高，這一傳統(tǒng)電能傳輸方法所固有的缺陷，已經(jīng)使得眾多應用場合不能接受接觸式電能傳輸，迫切需要新穎的電能傳輸方法[1]。
在礦井、石油鉆采等場合，采用接觸式電能傳輸，因接觸摩擦產(chǎn)生的微小電火花，就很可能引起爆炸，造成重大事故[2]。在水下場合，接觸式電能傳輸存在電擊的潛在危險[3]。在給移動設備供電時，一般采用滑動接觸供電方式，這種方式在使用上存在諸如滑動磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導體等缺陷[4][5]。在給氣密儀器設備內(nèi)部供電時，接觸式電能傳輸需要采用特別的連接器設計，成本高且難以確保設備的氣密性[6]。
為了解決傳統(tǒng)接觸式電能傳輸不能被眾多應用場合所接受的問題，迫切需要一種新穎的電能傳輸方法。于是，非接觸式感應電能傳輸應運而生，成為當前電能傳輸領域的一大研究熱點。本文首先給出了這種新穎電能傳輸方法的基本原理，分析了影響系統(tǒng)電能傳輸?shù)年P鍵因素；接著圍繞著提高系統(tǒng)電能傳輸效率和減小供電電源的電壓電流定額的要求，針對不同應用場合，對原副邊進行了相應的補償設計；對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性問題進行了討論。最后，基于以上分析，給出非接觸式感應電能傳輸系統(tǒng)的一般設計方法。
1 非接觸式感應電能傳輸系統(tǒng)
非接觸式感應電能傳輸系統(tǒng)的典型結構如圖1所示。系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路兩大部分組成。原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合相聯(lián)系。原邊電路把電能轉換為磁場發(fā)射，經(jīng)過這段氣隙后副邊電路通過接受裝置，匝鏈磁力線，接受磁場能量，并通過相應的能量調(diào)節(jié)裝置，變換為應用場合負載可以直接使用的電能形式，從而實現(xiàn)了非接觸式電能傳輸（文中負載用電阻表示以簡化分析）。磁耦合裝置可以采用多種形式�；拘问饺鐖D2(a)原邊繞組和副邊繞組分別繞在分離的鐵芯上；圖2(b)原邊采用空芯繞組，副邊繞組繞在鐵芯上；圖2(c)原邊采用長電纜，副邊繞組繞在鐵芯上。
在該非接觸式感應電能傳輸系統(tǒng)中，原副邊電路之間較大氣隙的存在，一方面使得原副邊無電接觸，彌補了傳統(tǒng)接觸式電能傳輸?shù)墓逃腥毕�。另一方面較大氣隙的存在使得系統(tǒng)構成的磁耦合關系屬于松耦合（由此，這種新穎電能傳輸技術通常也稱為松耦合感應電能傳輸技術，記為LCIPT），漏磁與激磁相當，甚至比激磁高，限制了電能傳輸?shù)拇笮『蛡鬏斝�。為此，通常需要在原副邊采用補償網(wǎng)絡來提升電能傳輸?shù)拇笮『蛡鬏數(shù)男�，同時減小電源變換器的電壓電流應力。而且在該系統(tǒng)的分析中，因磁耦合裝置為松耦合，因此，通常用于磁
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