基于电磁耦合的水下无线能量传输系统

3 仿真与实验结果

图3所示为GU型磁芯，以及绕线、1/2水下截面的有限元进行区域划分后的状况。其磁导率采用的参考文献[4-5]的模型，取有球型进行仿真。假设下端的磁芯为发射端,上端为接收端。仿真结果显示了下端磁芯线圈在200 V、100 kHz电源作用下水中的磁场分布状态。在大气隙情况下,有比例大的磁力线未经过次级线圈，所以效率必然较低。至此改变频率、电压、气隙等参数，重新仿真直到最优结果。



图4所示为输入电压对输出效率和功率的影响，采用的是GU50磁芯，在水中输入100 V、100 kHz电压，气隙为5 mm。



图5所示为在相同条件下，耦合磁性的电感进行改变后的耦合输出效率。
图6所示为系统实物图，图中上方是驱动电路部分。电路工作时，直流电源由PIN进入，经过高频逆变后，输入至POUT到磁芯。采用PC74磁芯在约2 cm的气隙下点亮60 W灯泡。



本文论述了基于电磁耦合的水下无线能量传输系统的设计与优化方法。针对驱动电路部分详细论述了一种实现较高功率的中高频逆变电路。同时提供了有效的耦合器设计方法。本系统经过水下验证，实现了最大电压300 V、最大输出电流2 A，在5 mm气隙下实现最大输出功率为350 W。