水下无线电能传输研究进展.pdf

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1、DOI:10．13878/j．cnki．jnuist．2017．01．0061牛王强水下无线电能传输研究进展摘要0引言首先对水下无线电能传输技术进行了分类，然后给出了磁感应式水下无线水下无线电能传输可以将电能以非接触的方式从发送器提供给电能传输的基本结构和工作原理，讨论接收器．这种传输方式不存在发送器和接收器的直接电气连接，避免了该技术的最优工作频率、传输距离、线圈结构选择、涡流损耗与频率分裂现象．了传统湿插拔供电方式由于金属接插件接触引起的火花、漏电、腐蚀随后简要给出了磁谐振式水下无线电能［1］等缺点，提高了水下电能传输的安全性，可

2、用于海底基站对水下航传输技术和电场耦合式水下无线电能传［2-4］［5-6］行器(AUV)的供电、海洋浮标对水下设备的供电、AUV对水下输的研究现状．最后对水下无线电能传［7-8］输技术有待研究的问题进行了展望．传感器的电池补电以及对水处理节点的供电等环境．关键词目前文献中尚没有水下无线电能传输的综述，有文献的一些章水下无线电能传输;工作频率;线圈［9-10］节涉及到水下无线电能传输的研究进展．水下无线电能传输的分结构;涡流损耗;频率分裂;磁感应式;磁［11］谐振式;电场耦合式类如图1所示．本文主要给出磁感应式水下无线电能传输的研究进展

3、，简单涉及到磁谐振式水下无线电能传输与电场耦合式水下无中图分类号TM724;TM15线电能传输．文献标志码A图1水下无线电能传输的分类Fig.1Classificationofunderwaterwirelesspowertransfer1磁感应式水下无线电能传输1.1基本结构与工作原理磁感应式水下无线电能传输系统可以用电路互感模型来描［12-15］述．图2是两线圈串联谐振水下无线电能传输系统的电路模型，L1和L2是线圈电感，Ｒp1和Ｒp2是一次侧和二次侧内阻，C1和C2是串收稿日期2016-11-29资助项目工信部联装［2016］2

4、6号“自升式平联谐振电容，M是线圈间互感，ＲL是负载电阻，Vin是信号源电压．台中央控制系统研制与应用示范”资助两侧的电压回路方程是作者简介+I=VI1Z12M12in，牛王强，男，博士，讲师，主要研究方向为{(1)无线电能传输技术、混合动力港机和船舶电控IZ+IM=0，22112技术．wqniu@shmtu．edu．cnI1是一次侧电流，I2是二次侧电流．Z1是一次侧的回路阻抗:1上海海事大学航运技术与控制工程交通1Z=Ｒ+jωL+=Ｒ+jX，(2)1p111行业重点实验室，上海，201306jωC1学报(自然科学版)，2017，9

5、(1):46-53JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)，2017，9(1):46-5347ω0L1ω0L2Q1=，Q2=．Ｒ1Ｒ2当k趋向0时，PL也趋向0;当k趋向1时，PL也趋向PLoptimal［16］0．故存在极值，令=0，求得k为koptimal1k=，(9)槡Q1Q2图2串联谐振水下无线电能传输系统的电路模型即当线圈结构、负载阻抗、自然谐振频率都固定时，Fig.2Circuitmodelofa

6、series-tunedunderwater存在最优的传输距离，使负载获得最大功率．该最大wirelesspowertransfersystem功率也是式(7)．1.1.2最大传输效率分析X是Z1的虚部，ω是系统工作频率．Z2是二次侧的回*令一次侧的输入功率Pin为Pin=Ｒe(VinI1)，则路阻抗:［17］系统的传输效率η为1Z=Ｒ+Ｒ+jωL+=Ｒ+jY，(3)222p2L2jωC2PLωMＲL2η==．(10)2222Ｒ2是Z2的总电阻，Y是Z2的虚部．M12是回路间互PinωMＲ2+Ｒ1(Ｒ2+Y)阻抗，M12=jωM，M=

7、k槡L1L2，k是一次侧和二次侧的在ω0处，Y=0，η可简化为22耦合系数．ω0MＲLη=，(11)221.1.1最大传输功率分析ω0M+Ｒ1Ｒ2Ｒ2［14］求解式(1)，则负载功率PL是由式(11)，η与自然谐振频率大致呈正相关，ω0越P=Ｒe(VI*)=大，η越大．η与线圈的品质因数密切相关，η也可以LL2［17］2M2V2Ｒ表示为ωinL，(4)2(ω2M2+ＲＲ－XY)2+(ＲX+ＲY)2kQ1Q2ＲL1221η=．(12)2VL是负载电压．ω0是一次侧和二次侧线圈的自然谐kQ1Q2+1Ｒ2111.1.3涡流损耗振频率，ω0=

8、=．在ω0处，X=Y=0，负载LCLC水下无线电能传输与空气中无线电能传输的一槡11槡22功率PL可简化为个重要区别是存在涡流损耗，特别是在海水中．西北［1］ω2M2V2Ｒ工业大学张克涵等认为涡流损耗主要发生在圆形0in