水下具有旋转耦合机构的电场耦合无线电能传输系统及参数优化方法.pdfVIP

2022 年 5 月 电 工 技 术 学 报 Vol.37 No. 10 第 37 卷第 10 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY May 2022 DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.210558 水下具有旋转耦合机构的电场耦合 无线电能传输系统及参数优化方法 1,2 1 1 1 1,2 苏玉刚 钱林俊 刘 哲 邓仁为 孙 跃 （1. 重庆大学自动化学院 重庆 400044 2. 国家无线电能传输技术国际联合研究中心 重庆 400044 ） 摘要 现有水下环境的电场耦合式无线电能传输（EC-WPT ）系统耦合机构大多采用平板式， 无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题，提出一种水下具有旋转耦合机构的 EC-WPT 系统，给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影响规律和绝缘层材料及 厚度的选取方法，并建立耦合机构模型；以双侧LC 补偿的EC-WPT 系统为例，建立该系统的等 效电路模型，以系统输出功率和传输效率为优化目标，将抗偏移性作为约束条件之一，给出基于 第二代非支配排序遗传算法（NSGA-II ）的多约束多目标优化方法；通过LT-Spice 仿真验证了参 数优化方法的可行性和有效性；实验中搭建具有水下旋转耦合机构的 EC-WPT 系统样机，实现 311W 的功率传输，效率为87.4% ，系统具有良好的抗偏移性。实验比较了水下和空气中的能量传 输性能，在耦合机构及参数优化方法相同的情况下，系统在水下的输出功率比空气中高约2 倍， 并且在水下的抗偏移性优于空气环境。 关键词：无线电能传输 电场耦合 水下旋转耦合机构 参数优化 抗偏移性 中图分类号：TM724 Underwater Electric-Filed Coupled Wireless Power Transfer System with Rotary Coupler and Parameter Optimization Method Su Yugang 1,2 Qian Linjun 1 Liu Zhe 1 Deng Renwei 1 Sun Yue 1,2 （1. School of Automation Chongqing University Chongqing 400044 China 2. China National Center for International Research on Wireless Power Transfer Technology Chongqing 400044 China ） Abstract The present coupler of the Electric-filed Coupled Wireless Power Transfer (EC-WPT) system in the water environment mostly uses flat plate, which is not suitable for the application of wireless power supply in underwater rotating occasions. Therefore, an underwater EC-WPT system with a rotary coupler is prop