基于三端轴式松耦合变压器的无线电能传输系统

松耦合变压器是电磁感应耦合式无线电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统中实现电能传输的重要设备。然而,松耦合变压器输出功率小、传输效率低的问题极大限制了其推广应用。提出了一种三端轴式松耦合变压器结构,分别针对该新型变压器相邻线圈对同名端同向和反向两种情况建立数学模型;然后对LCC-S补偿方式下基于三端轴式松耦合变压器的ICPT系统存在的频率分裂现象进行分析,通过仿真验证了三端轴式松耦合变压器可通过不同线圈对间的互感来提升系统的传输特性,并对同名端同向和同名端反向两种情况的输出功率和传输效率进行对比;最后通过实物实验证实了基于三端轴式松耦合变压器的ICPT系统能够提高输出功率和传输效率,同名端同向时传输效率较高,提高了16.4%;同名端反向时输出功率较高,提高了33.2%。

用于旋转轴系无线电能传输的松耦合变压器优化研究

采用基于无线电能传输原理的松耦合变压器可以消除旋转轴系传统供电方式(导电滑环)的弊端。在现有松耦合变压器类型中,局部感应式松耦合变压器具有更好的安装灵活性,可以适用于各种场合。但也存在漏磁通大、耦合系数低等问题,导致系统的传输效率较低。针对现有局部感应式松耦合变压器存在的问题,采用COMSOL软件,以减少漏磁、提升耦合系数为目的,对提出的一种柱面局部感应式松耦合变压器进行有限元分析,通过对比不同结构形式松耦合变压器的磁通分布情况对其进行优化设计。优化结果表明大的磁芯厚度、磁芯高度、原边磁芯角度与较小的原副边气隙及磁芯截面宽度可使松耦合变压器具有较大的耦合系数,优化后松耦合变压器的传输效率可达70.13%,磁芯的周期平均损耗为1.1976 W,与优化前相比具有更高的传输效率和更低的磁芯周期平均损耗。这为提升松耦合变压器的性能提供了一种有效设计手段。