感应耦合式无线供电是一种利用电磁感应原理,并结合大功率电力电子技术和磁场耦合技术,实现中短距离条件下大功率、高效率电能无线传输的技术,具有安全、便捷、易维护、可靠性高及环境适应性强等优点,应用前景十分广阔。感应耦合式无线供电系统中,耦合器原边与副边的松耦合特性,限制了电能传输的功率、效率和距离。针对这一问题,国内外学者开展了大量的理论和实验研究工作。研究发现:(1)耦合系数低限制了电能传输效率;(2)漏感大限制了电能传输最大功率;(3)耦合位置变化导致谐振点偏移,影响补偿效果,进而使输出功率和效率降额。但目前研究以独立优化功率或者效率指标为主,对于同步优化功率和效率的研究尚待完善。此外,目前对感应耦合式无线供电系统的研究没有考虑到耦合器的电磁力问题,也没有考虑电能传输功率和距离对电磁力的影响。电磁力的存在意味着耦合器虽然实现了结构上的分离和非接触,但是仍然存在力学的耦合,可以产生和传递振动,限制了感应耦合器无线供电技术在精密隔振平台等场合的应用,该问题目前尚未得到重视和解决。针对上述问题,本文开展了以下研究:首先,考虑电磁力的产生原理,并研究耦合器的结构以及位置变化对电磁力的影响。其次,研究耦合器的结构对耦合系数及漏感的影响。最后,提出一种新型耦合器结构和实现方法,同步提高无线电能传输的功率和效率,并最大限度地降低电磁力影响。本文的主要创新点和贡献如下:1、建立了耦合器的力学理论模型,从电磁感应理论出发,分析了耦合器电磁力的产生原理。在此基础上,分析了磁场强度、感应电流大小以及距离等对副边线圈安培力的影响;分析了磁场强度、激励电流大小以及距离等对副边磁芯电磁力的影响。研究了降低电磁力的有效途径。研究结果表明,励磁单元产生的磁场空间几何对称,同时接收单元位于磁场空间几何中心,可以对电磁力起到抑制作用。磁芯结构对称度越高,副边线圈与磁芯同心度越高,对电磁力的削弱效果越明显。在电能无线传输实验中,在相同耦合位置和功率条件下,电磁力可以由500mN削弱至100μN以下。2、建立了微扰力耦合器的电学理论模型,通过漏感模型分析了松耦合系统耦合系数偏低及漏感偏大的问题。在此基础上,分析了耦合器结构、位移变化与耦合系数及漏感的影响和变化规律。研究了提高耦合系数、降低漏感以及位移变化影响耦合系数的有效途径。研究结果表明,采用闭合磁路耦合器结构,对于提高耦合系数及减小漏感有明显效果。在典型条件下,耦合系数提高至0.96,且变化率不足1%,漏感降低至95μH,且变化率不足6.5%。3、建立了微扰力耦合器的损耗模型,分析了耦合器损耗的构成,以及制约传输功率和效率的关键因素。在此基础上,分析了耦合器的漏感补偿模型,研究降低损耗,提高传输功率及效率的有效途径。研究结果表明,通过优化设计可有效降低耦合器的铜损和磁损;通过准谐振补偿的方法可有效提高传输功率和效率。在典型200W实验中,传输环节效率可达90%,整机效率可达85%,验证了方法的可行性。本文的研究成果,可直接应用于感应耦合式无线供电技术领域中电磁力解耦的基础理论研究,间接支撑对微扰力感应耦合式无线供电系统的测试和研发,进而推动在隔振平台等场合的技术应用。