基于MC-WPT技术的非接触滑环耦合机构设计与实现

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感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power Transfer,ICPT)技术是将电能转换成高频磁场,通过磁场的耦合将电能耦合至电能拾取端。这种技术的应用使得电能的传输更加安全、灵活。因而,无线电能传输技术在各个领域得到了广泛的应用和普及。传统滑环供电由于其通过电气接触而实现电能传输,其安全性、便利性不够高。而现有的非接触滑环,虽然其功率、效率都能达到需求,但是往往由于其忽略了在特定应用场合里面的应用需求,导致其质量大、体积大、磁屏蔽性能不够高而不适用于很多特定的应用场合。所以迫切的需要对非接触滑环的耦合机构进行优化设计,使系统能够实现小体积、轻质量、磁屏蔽性能好这些性能的兼顾。本文对基于MC-WPT技术的非接触滑环的电磁耦合机构进行优化设计展开研究,对磁芯的宽度按照一定规律进行了宽度控制,然后对其进行寻优。论文结合非接触滑环特点及应用需求,对非接触滑环电能传输的国内外研究现状进行了概述,同时结合本文特定的应用场合,进行针对性的分析。论文针对基于MC-WPT技术的非接触滑环结构以及磁性材料的宽度进行研究,首先分析了在本文应用场合下的需求分析,以及耦合机构结构和磁性材料的结构方案的选择;然后对本文中耦合机构的约束条件以及最终的设计目标进行了分析;最后在COMSOL多物理场仿真软件中建立了仿真模型,得到了不同磁芯组数下的互感和旋转角度关系,以及相应磁芯组数下耦合机构磁芯质量、磁屏蔽性能;以质量、磁屏蔽性能及旋转过程中的互感波动性的兼顾为最终目标,设定目标函数,并对其中各个参数进行权重赋值以及一致性检验,从而在不同磁性材料的宽度下得到的满足系统所需的参数组中运用AHP方法,对参数进行了优化分析,得到了耦合机构的最优参数组。通过仿真和实验验证了利用磁芯利用率的概念优化耦合机构的有效性。根据理论分析,并结合COMSOL多物理场仿真以及实验,实验结果证明了本文对耦合机构优化分析的正确性。实验结果表明:经过磁性材料宽度变化后的耦合机构在质量减小的情况下耦合机构的基本性能以及磁屏蔽性能仍然能满足系统所需。
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