水下非接触电能传输耦合器优化设计
水下探测带宽优化技术研究
水下探测带宽优化技术研究随着人类科技水平的不断提高，水下探测技术也日趋成熟。
在海洋勘探、资源开发、军事侦察等方面，水下探测起到了重要的作用。
不过，水下探测通信的带宽依然是一个制约技术发展的瓶颈。
本文就水下探测带宽优化技术进行探讨。
一、水下传输信号的局限性不同于空气信号传输，水下信号传输存在着巨大的限制。
由于水下环境内的各种物理参数（如声速、杂波等）变化非常复杂，将会对水下探测的信号传输造成极大的影响，从而严重制约了水下通信的带宽。
同时，水下信号的传输距离极限也相对较短。
由于水下环境的多样性与不规则性，水下信号的传输距离会受到许多因素的影响，如浮游生物、水流、水温等，受影响后，会导致信号传输质量的降低。
二、水下探测射频带宽优化技术由于水下通信在传输和接收过程中受到干扰和衰减的影响非常大，为保证信号的传输质量，在水下探测应用中需要使用高功率的载波信号。
由此带来的问题是，大功率的信号需要额外的能量供应，而这会给电池的使用时间和重量带来巨大的负担。
为了优化水下探测的射频带宽，需要采用一系列措施。
其中最基本的就是频率带宽的优化。
实验结果表明，对于水下探测通信，选择合适的频率带宽是至关重要的。
同时，无线电频率划分对水下探测控制系统的带宽优化也非常关键。
通常，将水下探测控制系统划分成多个子频率段，并适当增加光纤中继站的个数以保证信号的传输质量。
在划分频率段的过程中，需要考虑到水下声信号的频域特性，以选择合适的频率段。
三、数据压缩算法优化数据压缩算法对于减少数据传输量、提高水下信号传输效率，降低系统功耗具有重要的意义。
分析与研究水下信号的特性后，可以尝试使用一些新的数据压缩算法进行优化。
其中，离散小波变换、哈哈大压缩算法、压缩感知算法等都可以在一定程度上优化水下通信带宽。
四、水下探测多路径通信技术由于水下环境较为复杂，水下通信通常采用的是多径传输技术，即利用水下的反射，使信号经过多条路径传输。
在多路径传输下，不同路径的信号会通过不同的传播路径到达接收机，增加了接收到信号的机会，同时也增加了水下信号传输的带宽。
海洋水声通信系统设计与优化
海洋水声通信系统设计与优化海洋环境对于人类来说是一个广阔而神秘的领域。
在这片蔚蓝的海域中，水声通信成为了探索、传递信息和进行科学研究的重要工具。
海洋水声通信系统的设计与优化成为了一个具有挑战性的课题，要求我们充分考虑海洋环境的特点和限制，并设计出高效可靠的通信系统。
首先，了解海洋环境对水声通信的影响是设计与优化的基础。
海洋环境中的声音传播特点要与通信系统的设计相匹配。
水声在海洋中的传播速度较慢，以及由于声波遇到海洋中的温度、盐度、深度的变化导致声学声能损失的情况，都需要我们重视。
此外，海洋中存在的水下生物、海冰、海底地形等都会对声波传播和通信质量产生影响，这些因素都需要考虑进系统设计与优化的过程中。
其次，选择合适的调制方式和编解码技术是通信系统设计的关键。
根据海洋环境中的特殊信道条件，我们可以选择合适的调制方式，如频率移键(FSK)、相移键(PSK)、正交频分多路复用(OFDM)等。
这些调制方式可以根据海洋水声信道的特点提供更好的误码率性能和抗干扰能力。
此外，编解码技术的选择也是优化通信系统的关键。
纠错编码和交织技术可以提高系统的容错能力，有效降低误码率。
有效利用海洋中的资源来增强通信系统的性能也是优化的重要方向。
海洋中存在着丰富的水声传播路径，如声线、多径传播等。
合理利用这些传播路径，可以提高信号的传输效率和可靠性。
此外，海洋中的声学阵列技术可以通过多传感器的合理布置来实现信号的捕获和传输，提高接收机的灵敏度，增强系统的抗干扰能力。
因此，对于通信系统的优化设计，应当充分考虑这些资源的利用。
此外，合理规划频谱资源也是通信系统优化的关键因素。
海洋中可用的频谱资源并不多，尤其是对于水声通信系统而言。
因此，在设计和优化通信系统时，要对频谱进行充分规划和利用。
使用频谱感知技术和动态频谱分配策略，可以根据实时的频谱情况来动态调整系统的工作频段，优化频谱利用效率，提高通信系统的容量和性能。
另外，海洋水声通信系统还需要保证其安全性和隐私性。
水下声波通信系统的传输性能与优化
水下声波通信系统的传输性能与优化随着人类探索水下世界的深入，水下声波通信系统变得越来越重要。
然而，由于水的特殊性质，水下环境对声波的传输产生了很大的挑战。
因此，研究水下声波通信系统的传输性能并进行相应的优化，变得尤为关键。
本文将对水下声波通信系统的传输性能和优化方法进行探讨。
一、水下声波传输的特点和问题1.1 水下声波传输特点水下声波通信系统具有下述特点：首先，由于水的密度大，声波在水中的传播速度要远远快于在空气中的传播速度，这为水下通信提供了较高的传输速率；其次，水中生物的活动、水流、温度和盐度的变化等因素都会对水下声波的传输产生干扰，降低通信的可靠性；最后，水下传播的声波会受到衰减和散射等影响，导致信号强度的减弱和失真。
1.2 水下声波传输问题在水下环境中，水下声波通信面临着以下问题：首先，由于水的吸收和散射特性，声波在传输过程中会受到衰减，信号强度会随着传输距离的增加而减弱，需要采取措施来增强信号的强度；其次，水下环境中存在多径传播、多普勒效应等现象，会导致信号产生时延和频率偏移，需要进行相应的时延和频率补偿；最后，水下环境中存在水流和背景噪声等干扰源，会使信号受到干扰和失真，需要采取抗干扰和纠错措施。
二、水下声波通信系统的传输性能评估方法为了有效评估水下声波通信系统的传输性能，需要设计相应的评估方法。
下面介绍两种常用的评估方法。
2.1 传输速率传输速率是评估水下声波通信系统性能的重要指标之一。
传输速率的计算可以根据信噪比和误码率等参数进行估算。
通过优化调制解调方案、信号编码和纠错码等方式，可以提高传输速率。
2.2 传输距离传输距离是评估水下声波通信系统性能的另一个重要指标。
传输距离的测量可以根据信号衰减和传输损耗进行估算。
通过优化传输功率、调制方案和信号处理算法等方式，可以延长传输距离。
三、水下声波通信系统的优化方法为了提高水下声波通信系统的传输性能，可以采取多种优化方法。
下面介绍两种常用的优化方法。
感应耦合电能传输系统发射线圈的优化设计
感应耦合电能传输系统发射线圈的优化设计作者：冷士川鲍春明王春芳李聃来源：《哈尔滨理工大学学报》2020年第06期摘要：为了提高无线电能传输系统的传输效率，本文对发射线圈与接收线圈的尺寸匹配关系进行分析，提出一种给定参数下的线圈优化设计方法。
首先建立PS型单管逆变ICPT系统等效模型，将传输效率问题转化成强耦合系数的问题。
然后以平面螺旋线圈为例，推导出强耦合系数的计算方法，构造了强耦合系数与耦合线圈尺寸和传输距离之间的目标函数，根据该目标函数和约束条件得到强耦合系数最大时各参数的尺寸匹配关系。
最后结合巡检机器人的充电距离和接收线圈尺寸，推得发射线圈尺寸并绕制线圈进行实验验证，对线圈优化前后强耦合系数和传输效率的变化进行了分析。
实验结果表明优化后系统传输效率明显提高，验证了设计方法的正确性。
关键词：线圈优化;感应耦合;传输效率;强耦合系数;尺寸匹配DOI：10.15938/j.jhust.2020.06.007中图分类号： TM724文献标志码： A文章编号： 1007-2683（2020）06-0046-07Optimum Design of Transmit Coil for InductivelyCoupled Power Transfer SystemLENG Shi-chuan1， BAO Chun-ming2， WANG Chun-fang1， LI Dan3（1.School of Electrical Engineering， Qingdao University， Qingdao 266071， China;2.State Grid Shandong Power Company， Zibo Power Supply Company ， Shandong， Zibo 255000;3.Qingdao Lu Yu Energy Technology Co.， Ltd， Shandong 266071， China）Abstract：In order to improve the transfer efficiency of the wireless power transfer system， the matching relation between the size of transfer coil and receiving coil is analyzed， and an optimal coil design method with given parameters is proposed. First of all， the equivalent model of PS single-tube inverter ICPT system is established， which transform the problem of transfer efficiency into the problem of strong coupling coefficient. Then， taking the planar spiral coil as an example， the calculation method of the strong coupling coefficient is derived， and the objective function between the strong coupling coefficient and the size of the coupling coil and the transfer distance is constructed. According to the objective function and constraint condition， the size matching relation of each parameter is obtained when the strong coupling coefficient is maximum. Finally， based on the charging distance and the size of the receiving coil of the inspection robot， the size of the transfer coil is obtained and the coil is wound for experimental verification， and the changes of the strong coupling coefficient and transfer efficiency before and after the coil optimization are analyzed. Theexperimental results show that the transfer efficiency of the optimized system is improved obviously， and correctness of design method is verified in practice.Keywords：coil optimization; inductive coupling; transfer efficiency; strong coupling coefficient; size matching0 引言无线电能传输技术（wireless power transfer， WPT）是指无需导线或其他物理接触，将能量从电源传递到负载的电能传输技术，该技术实现了电源与负载之间的电气隔离，与传统电能传输方式相比，具有可靠、安全、灵活等优势，得到了国内外学者的广泛关注[1-3]，并已經在电动汽车[4-5]、智能机器人[6]、植入式医疗设备[7]的无线充电中得到成功的应用。
一种水下电缆连接器及其优化设计
一种水下电缆连接器及其优化设计
周睿;王跃科;乔纯捷
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2009(023)002
【摘要】针对某水下监测系统中电缆在水下无法维护,工作可靠性较低的问题,提出并设计了一种可切换控制的连接器.由它实现的电缆分时工作及缆芯备份将提高电缆供电和通信的可靠性.文中分析了连接器在半双工和全双工方式下的可靠度和实现的复杂度,其中连接器使用的开关数量代表了实现的复杂度.根据全概率公式分别得到了两种工作方式下可靠度最高的连接器设计方案.最后以6芯电缆为例说明了可切换控制连接器的设计及优化方法.
【总页数】4页(P102-105)
【作者】周睿;王跃科;乔纯捷
【作者单位】国防科技大学,机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TM503.5
【相关文献】
1.芳纶电缆水下电连接器密封技术研究 [J], 石秀华;孙武斌
2.射频连接器和射频电缆国际标准提案系列报道(一)射频连接器和射频电缆国际标
准化概况 [J], 吴正平
3.MediSpec医疗塑料圆形连接器和电缆系统：连接器和电缆 [J],
4.一种水下带电插拔连接器结构设计 [J], 褚伟;邓玉聪;姜伟;杨帆
5.一种拉脱式水下密封分离电连接器的设计 [J], 李华锋
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感应耦合器的工作原理和应用实例
感应耦合器的工作原理和应用实例1.引言感应耦合器是一种电磁传感器，它利用电磁感应原理，将输入信号传递到输出部分，实现非接触传输。
本文将介绍感应耦合器的工作原理和一些应用实例。
2.工作原理感应耦合器的工作原理基于法拉第电磁感应定律和楞次定律。
1.法拉第电磁感应定律：当磁通量发生变化时，会在闭合回路中产生感应电动势。
感应耦合器利用变化的磁场来感应电动势。
2.楞次定律：根据楞次定律，感应电动势的方向会阻碍产生它的变化。
因此，感应耦合器在输入信号发生变化时会产生相应的反应，以保持稳定的输出。
感应耦合器通常由两个线圈组成：输入线圈和输出线圈。
当输入信号经过输入线圈时，会在输出线圈中感应出相应的电磁场，从而实现信号的传递。
这种非接触传输的方式在许多应用中非常有用。
3.应用实例感应耦合器由于其独特的工作原理和非接触传输的特点，在许多领域都有广泛的应用。
3.1 无线充电感应耦合器被广泛应用于无线充电技术中。
通过将输入线圈连接到电源，输出线圈连接到充电设备，可以实现无线的充电过程。
这种方式不仅方便用户，而且能够避免电缆的繁杂，提供更好的使用体验。
3.2 传感器接口感应耦合器也可以用作传感器接口，将传感器信号传递到其他设备或系统。
例如，一个温度传感器可以通过感应耦合器将温度数据传递到计算机或监控系统中。
这种非接触传输的方式消除了传感器与其他设备之间的物理连接，提高了系统的可靠性和精确性。
3.3 数据传输感应耦合器还可以用于数据传输。
比如，在无线通信系统中，可以使用感应耦合器将数据信号传递到不同的设备。
这种方式可以减少信号传输中的干扰和数据损失，提高通信质量和可靠性。
3.4 电动车辆充电站感应耦合器在电动车辆充电站中也得到了广泛应用。
通过在地面上安装感应耦合器，可以实现车辆无线充电。
车辆停放在感应耦合器的上方时，充电设备会自动将电能传输到车辆的电池中，从而实现快速充电。
4.总结感应耦合器是一种基于电磁感应原理的电磁传感器，通过非接触的方式实现信号的传输。
磁耦合无线电能传输系统平面盘式线圈优化设计
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｉｌｄｅｓｉｇｎ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｒａｔｉｏｏｆｍｕｔｕａｌ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｔｏＡＣ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
０ 引 言
无线电能传输（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ，ＷＰＴ）
水下机器人系统的优化设计与实现
水下机器人系统的优化设计与实现一、概述水下机器人是一种集成多种机电一体化技术的智能装备，其广泛应用于深海勘探、水下油气管道维护等领域。
在此过程中，水下机器人系统的优化设计与实现显得尤为关键。
文章将从环境感知、运动控制、自主导航和人机交互等方面进行探讨。
二、环境感知环境感知是指对水下环境的实时监测和分析。
初步检测使用声学探测方案，包括适应水下环境的定位系统、声源探测系统和声学通讯系统。
同时，通过加装电视机构和激光距离测量仪等设备获取图像信息，以实现深入了解水下环境的目的。
三、运动控制水下机器人在复杂的水下环境中执行任务，通常还需要应对海流、水域障碍和海底地形等综合因素。
针对这些要求，采用多自由度机械臂、独特的推进器和定向舵机等先进技术。
运动控制算法采用PID控制方法、自适应控制方法等控制方法，评估机器人在水下环境中的运动性能，以使其更加精准地抵达任务点。
四、自主导航在水下环境中，水流巨大、以及海水中的浮游生物等因素的影响下，水下机器人的导航与定位成为了一个大难题。
其中自主定位系统是水下机器人自主导航的关键技术之一。
对此，采用混沌算法、粒子滤波方法等机器人技术，实现对水下环境数据的处理。
此外，采用增强学习和强化学习等技术，使水下机器人完成自适应导航和智能路径规划。
五、人机交互设计人机交互界面是水下机器人系统的一个关键领域。
该界面应能让操作人员更加方便地与机器人进行通信、控制与监测。
针对此要求，应考虑操作员的人机交互方式，人机交互设备和人机交互软件，以及界面设计。
还可以增加根据机器人传感器输出数据和外部设备信息,增加水下机器人剪辑、信号分析、图像处理、控制器配置和故障排查等的人机交互功能。
六、总结整体而言，水下机器人的优化设计和实现涉及到多学科的交叉知识。
文章从四个方面探讨了水下机器人的环境感知、运动控制、自主导航和人机交互，在实现水下机器人的真正控制和操作中都发挥了重要的作用。
在以后的实践过程中，应不断累积经验，完善技术水平，形成完备的技术体系，为相应行业的快速发展提供关键技术支持，也为了保护海洋环境的平衡做出贡献。
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统中经过开关控制， 转换为频率为． 占空比为Ｄ 的方波电
压，电能传输过程中，初级线圈中电流包括励磁电流和反射 电流两部分。励磁电流使初级线圈产生励磁磁势，在耦合器
： 生 ： ． 。
２ ｍ ４ Ｎ ‰ Ａ Ｌ ｆ ； ｅ
为每半个周期内，电压作用在线圈上的时间。
由于线圈 电阻值相对线圈的感抗可忽略不计 ，不会对励 磁 电流产生很大影响 ，因此在 Ｅ 述分析 中不考虑其影响 。然
率及输出电压稳定陛，并大大降低了系统对电源及转换器的
功率容量的要求。
在海洋资源探测与开发中，水下机电设备 （ 自 如 主式水
其中的电流包括励磁电流和反射 电流两部分。在传统的高 频变压器设计中，根据法拉第电磁感应定律，计算使磁芯 不饱和的最小匝数作为励磁线圈的匝 。这种方法忽略 励磁电流对线圈损失的影响，只适合于间隙比较小、励磁
电感较大的变压器。但是，在水下应用中，两磁芯之间引 入较大间隙 ，以降低水下操作的难度及水流冲击与污染对 耦合器 电磁参数的影响 ；因此耦合器的励磁电感低 ， 励 磁电流大，甚至比反射电流还要大很多。线圈损失的计算 要综合考虑两部分电流的作用。 非接魅武 电能传输系统由于避免了输电过程中的电气连 接和物理接触，适合水下、易燃易爆及有相对运动的输电场
主磁通占全部磁通的比例。由于铁氧体材料的磁导率远远大 于海水，主磁路中磁阳基本由间隙 七 和磁芯截面积 。 决定，
因此励磁 电感可表示为
：
“
．
，
（） ２
笔者针对水下应用的大间隙电磁耦合器，提出—种励磁
线圈匝数优化方法。通过对耦合器电路互感模型和励磁模型 的分析 ， 将初级电流分解为励磁电流和反射电流；结合线圈 匝数对抑制励磁电流和增加线圈电阻两方面的影响，分析不 同负载电流 隋 况下，线圈损失与匝数之间的关系， Ｉ 而获得 使线圈损失最小的匝数值。通过实验对不同线圈匝数的电磁 耦合器进行了电能传输测试。实验结果表明，通过对线圈匝 数的优化选择，可有效提高非接触式电能传输系统的传输效 式中，
ｇ
式中，真空磁导率／＝ ｒ １ Ｈｍ，海水相对磁导率／ ＝ 。 Ｚ ． ｘ０ ／ ｏ４ ｔ ４ Ｉ ￣ 从式（ 中看出，当磁芯结构确定后，励磁电感 厶 与１ ２ ） ｎ 司隙长 度 成反比。因此 ， 大的间隙会使励磁电感下降，励磁电流
上升 。在交流方波 电压作用下 ，励磁 电流表示如下 ：
ｍｏ ｅ ａ ｄｅ ｃｔｔ ｎｍｏ ｅ ｆ ｅｅ ｕｖ ｌｎ ｃｒｕｔ ｆ ｅｃ ｕ ｌ ， ｅ ｍｐ ｓ ｇｔｅｐ ｉ ａｙｃ ｒｅ ｔ ｆ ｄ ｌ ｎ ｘｉ ｉ ａｏ ｄ ｌ 吐ｌ ｑ ｉａｅ ｔ ｉ ｉ０ ｏ ｐｅ ｄ ｃ ｏ ｉ ｈ ｒ ｒ ｕｒｎ ０ ｃ ｕ ｌ ｉｔ ｘ ｉ ｔ ｎｃ ｒｅ ｔ ｏ ｃ ｒ ｏ ｎ ｍ ｏ ｐｅ ｎ ｏｅ ｃｔｉ ｒ ａ ｏ ｕｒｎ ａ ｄｒｆ ｃｅ ｍ ｅ ｔａ ｄａ ａｙ ｉｇｔｅｅ ｅｔ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔｒｓｏ ｅ ｃｔｔ ｎｃ ｉ ｎｔｅｍ ａ ｎ ｔ ｉｇｉｄ ｃａ ｃ ａ ｄｃ ｉｒｓ ｔ ｃ ，ｈｓ ｎ ｌ ｔｄｏ ｎ， ｅｅ ｎ ｎ ｚ ｈ ｆ ｃｓｏ ｄｆ ｒ ｔｕ ｌ ｎ ｅ ｎ ｆｘ ｉ ｉ ｏ ｌｏ ｈ ａｏ ｓ ｇ ｅｉ ｎ ｎ ｕ ｔｎ ｚ ｅ ｎ ｏｌ ｅｉ ａ ｅ ｔｉ ｓｎ ｐ ｐ ｒ ｉｃ ｓｅ ｈｅｃ ｎｒｄｃｉｎｂ ｔ ｅ ｈｅｉｈｂｔｒ ｆｅｔ ｆ ｘ ｉ ｔ ｎｃ ｒｅ ｔ ｎ ｈｅｉｃｅ ｓ ｆｃ ｉｒｓ ｔｎ ｌｓ ｅ ｔｅｃ ｉ ａ ｅ ｄｓｕ ｓｓｔ ｔａ ｉｔ ｏ ｏ ｅｗｅｎｔ ｉｉ ｙｅ ｃ ｏ ｅ ｃ ａｉ ｕ ｒｎ ｄｔ ｒａｅｏ ｏ ｌ ｅｉ ａ ｃ ｏ ｓｗｈ ｈ ｌ ｎ ｏ ｔ ｏ ａ ｎ ｓ ｅ ｎ ｏ ｔｒｓｃ ａ ｇ ． ｘ ｅ ｉ ｅ ｔｌｅｔｔ ｈ ｗ ｔａ ｈｏ ｇ ｈｅｐ ｒｍ ｅｅ ｐｉ ｉａｉｎ ｔ ｒｎ ｍｉｓ ｎｅ ｉｉｎ ｙａ ｄｔｅｖ ｌ ｇ ｔｂｌｙ ｏ ｕ ｎ ｈ ｎ ｅ Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｓｄｓｓｏ ｈ ｔｔｒｕ ｈｔ ｍ ｒ ａａ ｔｒｏ ｔ ｚｔ ｍ ｏ ｈｅｔ ｓ ｓｉ ｆｃｅ ｃ ａ ｏ ｎ ｈ ｏｔ ｅｓ ｉｔ ｆ ａ ａ ｉ ｔｅＣＬ ｓ ｍ ｃｎｂ ｍ ｐｏ ｅ ｆｅｔ ｅｙ ｈ ＰＴｓ ｔ ｙ ｅ ａ ｅｉ ｒｖ ｄｅ ｃｉ ｌ． ｖ Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ： ｗｅ ｔａ ｓ ｉｓ ｎ； ｅｅ ｔ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｕ ｌ ｇ； ｏ ｔ ｚ ｔ ｎｄ ｓｇ ｒ ｓ ｐ ｒ ｒｎ ｍ ｓｉ ｏ ｏ ｌｃｒ ｏ ｇ ｅｉ ｃｃ ｐｉ ｎ ｐｉ ａ ｏ ｅ ｉｎ； ｅ ｃｔｔ ｎ ｍ切１；ｗｉｄｎ ｌｓ ｍｉ ｉ ｘｉ ｉ ａｏ ｔ ｎ ｉ ｏｓ ｇ
摘 要： 为提高 水下非 接触式电能 传输系统的传输能力， 提出 一种水下电 磁耦合器励磁线圈 结构优化方法。对电 磁耦合器等效电 路的互感模型和励磁模型进行了参数分析，将耦合器初级电流分解为励磁电流与反射电流，并分析不同励磁线圈匝数对励磁电感 以 及线圈电阻的影响， 从而分析了线圈匝 数的抑制励磁电 流作用与增加线圈电阻 损耗之间的 矛盾。 实验结果表明， 通过参数的 优
Ｖｏ ． Ｉ ７ Ｎｏ ８ ．
Ａ ｇ ２１ ｕ． ０２
中 国科 技 论 文 ＣＨＩＡＳ Ｅ ＣＥＰ Ｐ Ｒ Ｎ ＣＩＮ Ａ Ｅ
第７ 第８ 卷 期
２１年 ８ ０２ 月
水下非接触 电能传输耦合器优化设计
王海洋，李德骏 ，周 杰，李泽松 ，杨灿军，陈 鹰
（ 浙江大学流体传 动及控制国家 重点实验室，杭州 ３０２ ） １０７
大间隙电磁耦合器的线圈匝数优化问题的讨论，尚未见相关
文献报 导。
２ ４蛾 ｆ
初 级 间隙 次级 器源自ｌ 厂—一———］ｌ
式 中， 。 为磁 略截 面积。
电磁耦合器中的交变电磁场由初级线圈激励产生，其中 穿过次级线圈的主磁通部分形成主磁路，通过外部空间闭合
］ 二 Ｉ 二 ［ ｌ
图 １ 水． Ｈ宴 电能传辅 意 图 下ｊ 触 际
Ｆｇ １ Ｓ ｅ ｈｏ ａ ｎ ｅｗａ ｒ ｏ ｔ ｔ ｓ ｐ ｗｅ ｗ ｎ ｍｉ ｉｎ 咖 ｉ ． ｋ ｔ ｆ ｎｕ ｄ ｒ ｔ ｃ ｎａ ｌ ｓ ｏ ｒ ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｅ ｃｅ ｓ
的部分为漏磁通。爿
电能传输系统的传输倩 力取决于 旨
传输接口，其结构分成两部分 ，都由磁芯和线圈组成 ：初 级侧安装在供电结点上 ，次级侧安装在机电设备上。两部
分对接后形成闭合磁路。耦合器初级线圈即为励磁线圈，
收稿日期：２１－４１ ０２０－０ 基金顶 目：高 ＃饺幅时： 舞 学科点专面开沥 基金资助项目（ ｏ００１Ｏ２） ２ ９ １ｌ２０２； ｏ
化，可有效提高非接触式电能传输系统的传输效率与电压稳定性。 关键词：电能传输；电磁耦合；优化设计；励磁电流； 绕组损耗 中图 弓 号：Ｔ ２ Ｉ Ｍ７４ 文蒯 耦 ： Ａ 文章编号：２９ － ７３２１）８ ６２ ０ ５ ２８（０２ 一ｏ２ —５ ０
Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｗａ ｅ ｏ ｔ ｃｌｓ ｏ ｒ ｒ ｎ ｍ ｉｓｏ ｏ ｐ ｅ ｓ ｔ ｚ ｔ ｆ ｄ ｒ ｔ ｒｃ ｎ ａ ｔｅ ｓ ｗｅ ａ ｓ ｓｉ ｎ ｃ ｕ ｌ ｒ ｍ ｏ ｕ ｐ ｔ
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第７ 第８ 卷 期
水—
及探索
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６３ ２
的线圈涡流损耗的线圈结构； 文献［通过改变磁芯结构， ９ ］ 获 得最优化的线圈宽径比；文献［ ］ １ 通过对磁路磁场有限元计 ０ 算，分析了线圈损失与频率及磁芯结构的关系。然而，针对
下潜器 Ａ Ｖ） Ｕ 依靠蓄电池供电， 完成—次下潜任务后需上岸
或返回母船进行充电。这大大降低了—次下潜的有效工作时 间与下潜的效率。随着海底观测网络系统的发展，海底基站 可提供水下电能传输结点，因． ｋ 比 下设备的原位充电成为可 能，而安全可靠的输电接口是实现原位充电的前提。非接触 式电能传输（Ｌ Ｔ系统由于可避免输电过程中的直接电接 Ｃ Ｐ） 触和物理接触，成为水下设备原位充电的 方式－ Ｊ 。图 １ 为水— 接触电能传输示 意图。 ｝ 非接触式电能传输系统利用电磁感应原理，通过初 、 次级线圈之间的耦合实现 电能传输。电磁耦合器是系统的
磁路 中激励 出使 两线圈耦合的交变 电磁场 ， 频率为 励磁 其
从另一方面又｝ 口 勖 了线圈损耗。因此， 要提高非接触式电能
而，电流经过线圈产生的电能损失是影啊非接我式电能传输
１ 电磁鹃合器结构
电磁耦合器的剖面结构如图２ 所示。初、次级线圈分别 连接电源和负载 ， 并通过线圈之间的电磁耦合形成能量传输 的通道。 海底基站提供的直流电压 在非接触式电能传输系
系统传输效率的主要因素。线圈上的损耗是耦合器的铜损， 由励磁电流和反射电流引起。在传统的高频变压器中，磁芯 间隙很小 ， 励磁电感大， 工作中励磁电流比反射电流／｛ Ｊ导多， 、 因此根据式（ 所选线圈匝数可有效限制变压器的铜损。由式 １ ） （ 和式（ 可知， ２ ） ３ ） 在大间隙耦合器中， 励磁电流— 殳 咱 很大 ， 甚
合应用。为提高电磁结构的传输效率，科研工作者对线圈损
失方面做了大量的研究工作。文献【 ８ ７］ － 通过磁场仿真研究了 线圈的损失机理，并提出降低肌肤效应和磁场边缘效应引起