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1、長(zhǎng)期以來(lái),為水下儀器設(shè)備提供安全、高效的電能供給手段,一直是備受關(guān)注的重要問(wèn)題。近年來(lái),用于海洋科學(xué)研究、資源勘探的電子儀器和機(jī)電裝備被大量研制和廣泛投入使用。傳統(tǒng)上采用的電接觸式插拔接頭進(jìn)行水下電能傳輸存在磨損、電擊和漏電等安全隱患。非接觸電能傳輸(Contactless Power Transmission,CPT)技術(shù)的電能在間隙內(nèi)的傳輸過(guò)程中沒(méi)有直接的電氣接觸,為解決上述問(wèn)題提供了一條有效的途徑。
CPT技術(shù)已陸續(xù)在陸
2、上各種場(chǎng)合得到良好應(yīng)用。其中,傳輸效率無(wú)疑仍是攸關(guān)CPT傳輸品質(zhì)的重要方面。海水作為一種具有特定電磁特性的介質(zhì),直接影響到海水環(huán)境下CPT的傳輸性能。但國(guó)內(nèi)外尚缺乏針對(duì)海洋環(huán)境下CPT傳輸效率的系統(tǒng)、詳細(xì)研究。
本論文在課題組前期研究成果的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)圍繞海洋環(huán)境下的CPT傳輸效率的優(yōu)化問(wèn)題,研究海洋環(huán)境下CPT技術(shù)的傳輸機(jī)理,對(duì)傳輸效率進(jìn)行深入理論分析;在海洋環(huán)境對(duì)CPT裝置集成密封、固定與操作帶來(lái)的客觀限制條件下,完善相關(guān)
3、的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。開發(fā)適用于海洋環(huán)境、滿足多種功能需求的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)及水下勘探機(jī)電裝備的高效、穩(wěn)定的電能傳輸插拔接口。進(jìn)一步考慮CPT在深海中的應(yīng)用中可能出現(xiàn)裝置因封裝結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足有效傳輸距離的問(wèn)題,對(duì)利用諧振中繼的非接觸傳輸(Contactless PowerTransmission with Resonance Relays,CPTR),來(lái)增加有效傳輸距離、提升傳輸效率方面的內(nèi)容進(jìn)行了探索性的研究。
建立海水環(huán)境下的CPT傳
4、輸模型,并依此建立在不同諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)下的系統(tǒng)傳輸效率模型。在近距離傳輸范圍,討論品質(zhì)因數(shù)Q值、頻率和負(fù)載大小對(duì)不同諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)下傳輸效率的影響。建立CPT在海水中的渦流損耗模型,分析影響渦流損耗大小的因素。通過(guò)選擇合適的諧振頻率抑制渦流損耗,提高傳輸效率。綜合理論分析結(jié)果,在確定的電磁耦合器結(jié)構(gòu)下,提出一種通過(guò)選擇、設(shè)計(jì)合適的系統(tǒng)工作頻率和電磁耦合器參數(shù)的方法,來(lái)優(yōu)化海水環(huán)境下的CPT傳輸效率。
針對(duì)海水環(huán)境下不同的應(yīng)用需求,
5、根據(jù)理論分析結(jié)果,設(shè)計(jì)不同封裝結(jié)構(gòu)和電路功能的CPT系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)間隙距離5mm,功率300W(48V),效率約85%的電能傳輸。研制的其中一套系統(tǒng)完成千島湖水下試驗(yàn)。
提出一種利用諧振中繼線圈提升在中距離范圍的CPTR傳輸效率的方法?;隈詈夏@碚摵碗娐防碚搶?duì)含有諧振中繼的CPTR進(jìn)行建模與效率分析;并對(duì)諧振中繼個(gè)數(shù)和放置位置與傳輸效率的關(guān)系進(jìn)行討論??紤]海水介質(zhì)對(duì)線圈的參數(shù)影響,提出了中繼線圈的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)表明
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