应用于旋转机构的EC-WPT系统及其参数优化设计

摘要

针对电场耦合无线电能传输(EC-WPT)系统在旋转耦合机构中的应用需求，提出了4类层叠套筒式电场耦合机构，其耦合特性分别呈现极大正值、零值、极小负值和临界负值的特征差异。通过有限元仿真手段，系统揭示了4类耦合机构的系数变化规律。针对正/负耦合系数的不同特性，基于双侧LC补偿网络，给出了对应的EC-WPT系统参数设计方法。为验证理论设计的有效性，在统一输入电压、负载阻抗、传输距离和极板尺寸的条件下，通过仿真分析了具有极大正耦合系数与极小负耦合系数的EC-WPT系统性能。特别针对极小负耦合系统进行了优化设计，通过仿真与实验表明：具有极小负耦合系数的系统展现出优异的电能传输性能，在输出功率100 W的情况下传输效率达到85.3%。该研究为可旋转EC-WPT系统的耦合机构设计与控制策略提供了新的理论依据和工程实现方案。

关键词

EC-WPT / 套筒式耦合机构 / 极小负耦合系数 / 多目标优化