基于电磁感应原理的非接触式电能传输系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

目前，在给移动的用电设备(如工厂移动吊装设备，矿井采掘与运输设备， 电力和地铁机车，无轨电车、轻轨等城市载客交通工具)供电中，一般采用接触式电能直接传导的传输方式传递能量。这种电能传输模式存在多种问题，譬如导线裸露、机构磨损、 接触火花、大气高频电磁污染，给安全供电和绿色供电带来很大的问题，尤其是在一些比较特殊的环境下(譬如含有各种各样易燃易爆气体的厂矿、生产车间等)， 接触电火花的存在可能给生产活动带来重大灾难。事实证明，随着人们生活以及生产活动范围的扩大，传统的导线接触式电能传输模式已经不能满足生产和生活的要求，人们迫切地需要一种新型的电能传输方式来满足新型电气设备及各种特殊条件下的供电需求。

针对从固定电力系统向移动用电设备的供电问题，新西兰奥克兰大学boys教授为首的课题组率先研究并实现了基于电磁耦合原理实现电力能量传导的技术，产生了感应耦合电能传输技术。这种技术综合利用了现代电力电子能量变 换技术、磁场耦合技术、大功率高频变换技术，借助现代控制理论和方法，通过一次侧、二次侧线圈间的耦合磁场实现电能从静止电源系统向一个或多个可移动用电设备的非电气直接接触电能传输。

非接触电能传输技术(简称cpt技术)弥补了传统供电方式因为电气连接产生的缺陷，它的出现打破了在化工、工矿、水下作业等特殊行业中电气设备馈电的限制，开拓了如电气化交通、医疗电子和办公家用电器等方面的应用，并带动了相关技术的发展，具有重要的科学意义，较高的实用价值和广阔的应用前景。831 年，faraday 揭示了电磁感应现象，为电能的传输提供了新方法。然而，长期以来，通过电磁感应方法进行电能传输主要应用在低频变压器和电机的应用中。icpt的概念大约在100 年前就已为人们所知，但由于磁芯间隙的存在，线圈之间的紧耦合状态很难保证，传输效率太低，难以实现商业化。近年来，随着大功率开关器件的开发、大功率转换技术、磁性材料的发展，以及科技发展对icpt技术的需求的增加，该技术在航空航天、生物医疗、便携式电子设备、机器人、电动车辆等领域得到广泛应用。

2. 课题关键问题和重难点

（1）电磁耦合器磁路磁阻大，励磁电感小：

icpt 系统中的电磁耦合器初级侧和次级侧的磁芯间存在相对较大的间隙，致使耦合器磁路中的磁阻变大，励磁电感变小。励磁电感小，则在同样的输入电压情况，磁芯磁化所需的励磁电流增大。而励磁电流在系统中不起电能传输的作用，越小越好，否则会引起过大的线圈电阻损耗。为了限制励磁电流，需对线圈匝数和电源转换器的频率进行合理的计算选择，以提高系统的传输效率。

（2）电磁耦合器漏电感大，线圈耦合系数低：

3. 国内外研究现状（文献综述）

一、icpt系统（感应耦合电能传输inductive coupled power transfer，简称 icpt)

1.概述

电磁耦合传输方式：这种方式传输数据是在近距离内通过电磁感应来传递能量和信号，射频通讯中，天线的尺寸与波长是正比的，而电磁耦合方式中，选用的环形天线是一种效率很高的发射器，它的电器属性类似于一个电感器，与其说是天线到不如说是两个线圈。以上的各种传输方式都是电能与信号分离传输，需要增加独立的信号传输通道，并且需要增加信号的调制系统，另外信号传输过程中受到电能传输干扰大的问题始终存在。本文研究的是非接触式能量-信号混合实时传输模式，它是基于感应耦合式电能传输通道的信号实时传输，不用增设信号的传输通道，能量在传输过程中携带信号的特征，在副边接收电能的同时进行特征的提取，恢复原始信号。

4. 研究方案

四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证（不少于100字）

1设计任务

设计并制作一个非接触式电能传输装置，其结构框图如图1所示。

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关文献资料，列出阶段实施计划；

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；

第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；