无线电能传输技术是电气工程领域的新兴技术,该技术采用无线方案完成能量传递,解决了传统金属导线电能传输过程中存在的线路老化等问题,十分适合在潮湿、易燃、易爆等极端环境下进行电能传输。因此,无线供电将会成为未来主流供电方案。相比于其他无线传输方案,电磁感应式无线电能传输技术具有传输功率大、传输效率高、受距离影响大等特点,特别是工程中常见的平面式耦合器结构在距离变化时,耦合系数畸变严重。本文通过合理的轴式耦合器设计,在保证传输功率和传输效率的前提下,有效降低距离变化对耦合器耦合系数产生的影响。该耦合器更适合完成大功率、距离变化大的无线电能传输任务。本文研究内容来源于笔者参与的实际工程项目,在项目中负责电路调试、耦合器结构设计等工作。该项目需求在200mm*200mm*100mm的空间内完成200W的电能传输任务,供电端和受电端非接触且保证15mm的活动范围,该项目对于供电环境有较为严苛的要求。通过对项目指标的分析,本文实现了项目需求。本文主要工作为:(1)对项目需求进行分析,选用电磁感应式传输方案,并确定了传输系统的拓扑结构,对系统中的关键环节和参数进行了分析,为后续的系统设计提供了指导;(2)设计了一种更为简洁的具有过流保护功能的全桥逆变电路。该电路的创新之处在于摒弃了传统逆变器冗杂的过流保护设计,采用具有电流限制功能的SG1825芯片作为逆变器驱动,节省了过流检测和动作电路等相关部件,为电路设计节省了芯片使用和布局空间,同时对逆变器的相关损耗进行了分析,确保电路功耗符合指标;(3)设计了一种轴式结构的耦合器解决了动态距离传输时存在的耦合系数波动严重的问题。传统的耦合器结构,常用于固定距离下的无线电能传输,耦合器的耦合系数不能随距离变化而动态调整,影响传输稳定性。本项目需求动态距离下稳定传输电能,传统耦合器结构不能满足需求。通过理论验证和MAXWELL软件仿真测试,本文提出的轴式结构有效地减少了动态距离下的耦合系数变化幅度,进而保证了传输稳定性和传输能力。在本文的系统测试环节,实现了轴式耦合器的可行性验证;(4)实现了轴式耦合无线传能整体系统,并对该系统进行了实验测试,在200mm*200mm*100mm尺寸内,耦合器的活动范围为轴向距离0~15mm,电源输入60V电压作为能量来源,完成200W功率传输,满载效率在85%以上,验证了轴式耦合器的可行性。最后针对轴式耦合无线传能系统的不足进行了总结,对该系统的未来发展进行了展望。