摘要：旋转导向钻井是一项尖端的自动化钻井技术,提升旋转导向工具中两个相对转动件之间能量传输装置的可靠性是其核心和关键.为解决传统接触式滑环方法安装不便、旋转时易失效、易受钻井液及泥浆等液体腐蚀、可靠性不高等缺点,国内外学者相继提出非接触电能传输方式.为分析非接触电能传输方式的,本文建立非接触电能传输系统模型,对非接触电能传输的技术核心——非接触松耦合变压器进行实物试验和数值仿真.通过分析片状磁芯、环状磁芯在不同磁芯占比、初级与次级回路在不同间隙下电感及效率的变化趋势来研究耦合器结构的选用,并通过仿真内外部磁芯安装位置变化获取内外磁芯安装轴向偏差允许的范围.研究展现了非接触电能传输耦合器磁芯不同结构设计、间隙大小和安装位置的结果,为其参数选择提供了理论依据.

摘要：磁谐振式电能传输系统在海水中工作时电磁波受到海水强烈的衰减导致输出功率较低。同时,由于发射和吸收端的阻抗不匹配导致部分能量被吸收端反射进而被海水衰减,造成效率的进一步降低。为了提高系统的传输效率和减小能量损失,本文提出了一种输出稳定型最大效率追踪方法,不仅实现了最大效率追踪,还保证了在一定条件下传输效率的稳定,保护了负载。本文运用仿真软件建立模型,对该方法进行了仿真验证;设计并制作了一个谐振耦合传输装置,通过实验研究证明了该方法对水下电磁谐振电能传输系统效率有显著提高作用。

摘要：对于低阶补偿的感应耦合电能传输系统,松耦合变压器原边电流对负载变化敏感,这使得输出功率不稳定。针对这一问题提出一种基于导抗变换器原理的补偿拓扑。当系统工作频率为副边自然谐振频率时,松耦合变压器的原边绕组电流在负载变化时能够保持恒定。这使得感应耦合电能传输系统能较好应用于电流型负载。首先,介绍感应耦合系统工作原理并运用互感耦合理论建立了系统的阻抗模型。在此基础上,推导感应耦合电能传输系统工作于电流源特性的条件,然后讨论主要参数变化对松耦合变压器原边电流及电压增益的影响;并以体积最小为优化目标,介绍基于导抗变换器的感应耦合电能传输系统的优化设计过程。最后,仿真结果和实验数据验证了理论分析的正确性。

摘要：通过理论分析、有限元仿真和实验研究,对超声内圆磨削系统中回转式非接触超声电能传输装置的磁芯材料、线圈绕法、磁芯线圈间距和磁芯结构进行选取和优化,并对应用了该回转式非接触超声电能传输装置的超声振动内圆磨头进行实验研究,验证该装置设计方案的合理性和实用性。

摘要：研究了感应耦合电能传输(ICPT)系统,以串联补偿(SS)结构为例,分析了系统的电路和数学模型,提出使用Mathcad软件对其内部参数进行优化设计,以提高传输功率、效率和传递的距离。这种优化方法可以直观地找到适用于特定设计要求的优化点,以帮助设计出实际的ICPT系统,具有一定的普适性。以此为基础,提出了ICPT系统频率的优化方法,并制作了一个300 W的无线传能系统,距离为15 cm。无线电能传输部分效率在90%以上。实验结果证明了相关理论分析的合理性,以及优化方法的可靠性和普适性。

摘要：推靠式旋转导向钻井系统需要在井下把旋转态的电能传输给不旋转外套,传统接触式传电形式难以适应井下恶劣的工作环境。为此,基于ICPT技术,采用互感模型理论、Maxwell仿真计算并与试验验证相结合的方法,对非接触式旋转电磁机构的耦合性能、传输效率以及初、次级的谐振补偿措施进行了优化设计。研究了非接触电能传输装置的铁氧体形状尺寸、线圈匝数和安装位置的变化引起的该装置传输效率和功率的变化规律。研究结果表明:井下非接触电能传输装置能够满足现有静态推靠式旋转导向钻井工具的传电要求,轴向安装误差对传输效率和功率影响最大;该装置在轴向位移-3 mm位置传输效率和功率最高,并在效率最高点±3 mm范围内均满足电路传输的系统要求。研究结果对非接触式能量传输系统的研制具有一定的指导意义。

摘要：为提高水下非接触式电能传输系统的传输能力,提出一种水下电磁耦合器励磁线圈结构优化方法。对电磁耦合器等效电路的互感模型和励磁模型进行了参数分析,将耦合器初级电流分解为励磁电流与反射电流,并分析不同励磁线圈匝数对励磁电感以及线圈电阻的影响,从而分析了线圈匝数的抑制励磁电流作用与增加线圈电阻损耗之间的矛盾。实验结果表明,通过参数的优化,可有效提高非接触式电能传输系统的传输效率与电压稳定性。

摘要：在导向钻井过程中,为保证导向钻井工具中旋转的主轴与不旋转套之间电能传输稳定,根据导向钻井工具的机械结构和空间要求设计了旋转式可分离变压器。通过理论分析,选择铁合金材料作为磁芯材料;根据ANSYS仿真,确定变压器初级和次级绕组之间的间隙为1mm,旋转变压器的最佳工作频率为38kHz;通过分析,选择初级串联次级并联型补偿电路,并根据变压器的互感模型计算了补偿电路的电容。不同输入功率下旋转变压器传输效率的的室内测试结果表明,最佳输入功率约为150 W,此时变压器的动静态传输效率都不低于82%,而当输入功率大于200 W小于300 W时,传输效率不足80%。这表明,所设计的旋转变压器可以应用到旋转导向钻井系统中,但该变压器在输入功率高时传输效率较低,达不到80%的工程要求,还需进行改进。

摘要：为满足非接触电能传输(CPT)系统输出恒流的需求,提出一种新型的基于LCL补偿的CPT系统拓扑。建立其等效电路并进行分析,得出在特定工作条件下该拓扑具有相角为零和次级输出恒定电流的优点,进一步推导出系统向负载传输功率计算表达式,得出该拓扑具有较高的功率因数,同时逆变器输入电流随着负载的减小而减小。额定频率下松耦合变压器初级线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定输出。最后,设计了基于LCL补偿的CPT系统样机,实验结果证明了所设计方法的具有可行性。

摘要：海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输电能用的电缆分开,用一个和钢缆线平行的电缆环专门用于电能传输。并对电能传输系统的核心部件电磁耦合器进行了设计,选择了磁芯的材料,并利用磁芯几何常数对磁芯的结构参数进行了计算,确定了磁芯的型号,最后计算了绕组匝数。实验表明,系统传输功率达到了22.8 W,总体效率57%,实现了非接触电能的小功率传输,对解决海洋浮标的电能供给问题具有一定的实际意义。