連鴻強(qiáng)，麥瑞坤，李才洪，周瑋，李恒

(1. 中鐵工程服務(wù)有限公司，四川 成都 610036；2. 西南交通大學(xué)，四川 成都 611756)

盾構(gòu)機(jī)刀盤是一個(gè)帶有多個(gè)進(jìn)料槽的切削盤體，位于盾構(gòu)機(jī)的最前部，用于切削土體，是盾構(gòu)機(jī)上直徑最大的部分，也是其開展掘進(jìn)作業(yè)的的關(guān)鍵部件，工程人員需要在刀盤上布置大量傳感器以監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)。傳統(tǒng)刀盤傳感器采用碳刷供電，但是在旋轉(zhuǎn)工況下，碳刷極易磨損，產(chǎn)生過(guò)熱及火花，需要定期維護(hù)，難以適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)惡劣的施工環(huán)境。為了解決這些問題，有學(xué)者提出采用無(wú)線供電(wireless power supply，WPS)技術(shù)的新供電思路。

WPS技術(shù)作為新興的供電模式[1-3]，從根本上消除了電氣接口的物理接觸，具有靈活便捷、安全可靠等優(yōu)勢(shì)[4-10]，是盾構(gòu)機(jī)刀盤供電的優(yōu)選方案。眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的無(wú)線供電技術(shù)進(jìn)行了研究。針對(duì)旋轉(zhuǎn)WPS系統(tǒng)的控制問題，文獻(xiàn)[11]提出基于預(yù)測(cè)控制的LLC諧振頻率追蹤控制方法，該方法簡(jiǎn)單且采樣環(huán)節(jié)易于實(shí)現(xiàn)，可以在輕載下跟蹤諧振頻率，克服了諧振元器件參數(shù)波動(dòng)對(duì)電壓增益的影響；文獻(xiàn)[12]分析了強(qiáng)耦合下非接觸式電滑環(huán)系統(tǒng)的特性，系統(tǒng)為三相系統(tǒng)，補(bǔ)償拓?fù)溥x用串/串結(jié)構(gòu)，采用無(wú)中線的三相星形結(jié)構(gòu)消除3次諧波，采用不對(duì)稱控制方式實(shí)現(xiàn)寬范圍的軟開關(guān)；文獻(xiàn)[13]設(shè)計(jì)了一套完整的旋轉(zhuǎn)設(shè)備無(wú)線供電系統(tǒng)，采用LCC/S拓?fù)?，副邊增加Buck變換器，通過(guò)閉環(huán)控制保證輸出穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[14]將LLC拓?fù)鋺?yīng)用到近距離無(wú)線供電系統(tǒng)中，調(diào)整控制信號(hào)與次級(jí)電流同相，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率追蹤，降低了線圈氣隙對(duì)系統(tǒng)諧振頻率和電壓增益的影響。

有學(xué)者利用旋轉(zhuǎn)設(shè)備的特征優(yōu)化WPS系統(tǒng)的耦合機(jī)構(gòu)，文獻(xiàn)[15]提出基于軸向磁場(chǎng)的單相無(wú)接觸滑環(huán)系統(tǒng)，引入一種新的指標(biāo)——每極互感，將多相系統(tǒng)的相互耦合簡(jiǎn)化為單相系統(tǒng)，在相同的鐵氧體和銅材料用量下，該系統(tǒng)的功率傳輸效率是多單元(6個(gè)獨(dú)立單元)單相系統(tǒng)的2.7倍；文獻(xiàn)[16]提出一種旋轉(zhuǎn)變壓器的感應(yīng)電能傳輸(inductive power transfer，IPT)系統(tǒng)，從理論和實(shí)驗(yàn)2個(gè)方面分析勵(lì)磁線圈的自電感、耦合系數(shù)和損耗，設(shè)計(jì)了串聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹C振變換器以利用旋轉(zhuǎn)變壓器固有的雜散電感；文獻(xiàn)[17]將WPS技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的導(dǎo)電環(huán)供電，采用磁場(chǎng)耦合的供電方式提高了變槳系統(tǒng)的壽命和可靠性，找到影響系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的因素，并基于此對(duì)耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)[18]設(shè)計(jì)了用于航天器太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)WPS系統(tǒng)，采用無(wú)串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，消除了二次側(cè)補(bǔ)償電容體積過(guò)大的問題，提出一種新型嵌套式帶芯電磁線圈，以保證其小型化、功率傳輸穩(wěn)定和效率高；文獻(xiàn)[19]利用LLC拓?fù)湓O(shè)計(jì)可移動(dòng)、可分離的矩陣組線圈傳遞能量，由任何不良的鐵心耦合情況引起的所有寄生參數(shù)都可以被吸收，并轉(zhuǎn)換為諧振儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)之一，因此在實(shí)現(xiàn)恒壓/恒流輸出的同時(shí)具有較小的損耗和優(yōu)良的效率；文獻(xiàn)[20]提出用于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)感應(yīng)式WPS系統(tǒng)的四極環(huán)形線圈，針對(duì)同側(cè)線圈之間的互感會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失諧而降低功率傳輸容量和效率的問題，建立同軸圓柱螺旋線圈的互感與幾何參數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并提出解耦方法；文獻(xiàn)[21]針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件的電能傳輸問題，采用WPS技術(shù)，提出雙層并聯(lián)線圈結(jié)構(gòu)，并通過(guò)增加鐵氧體磁片的方式來(lái)抑制線圈橫向錯(cuò)位、角度錯(cuò)位所帶來(lái)的系統(tǒng)效率降低問題。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)WPS系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問題，文獻(xiàn)[22]采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的S-S型拓?fù)?，具備較好的魯棒性，且可傳輸較大功率，但并非恒壓拓?fù)?；文獻(xiàn)[23]提出S-LCC拓?fù)洌敵龊銐禾匦?，通過(guò)改變補(bǔ)償電感的值可以調(diào)節(jié)輸出電壓增益，且不受負(fù)載影響，但該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加大了副邊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。為了進(jìn)一步縮減副邊體積，文獻(xiàn)[24]在強(qiáng)耦合情況下消除副邊補(bǔ)償，建立了SN拓?fù)淠Ｐ?，并基于微分方程推?dǎo)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電流的解析表達(dá)式，得出當(dāng)耦合較強(qiáng)且線圈質(zhì)量因數(shù)較大時(shí)SN拓?fù)淇傻玫脚cSS拓?fù)浣葡嗤实慕Y(jié)論；文獻(xiàn)[25]設(shè)計(jì)了一套給鼓風(fēng)機(jī)葉片供電的WPS系統(tǒng)，將接收線圈固定在風(fēng)機(jī)葉片上，發(fā)射線圈安裝在風(fēng)機(jī)的靜止部分，采用LCC補(bǔ)償拓?fù)淇朔捎诮邮站€圈、發(fā)射線圈的相對(duì)位置變化導(dǎo)致的互感變換，從而提高系統(tǒng)能量傳輸?shù)钠椒€(wěn)性。

然而上述研究尚未針對(duì)盾構(gòu)機(jī)狹小空間、全金屬環(huán)境的工況設(shè)計(jì)恒壓輸出的非接觸式電能傳輸方案。對(duì)此，本文提出用于盾構(gòu)機(jī)刀盤供電的副邊無(wú)補(bǔ)償?shù)木o耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)，設(shè)計(jì)電磁屏蔽層抑制磁場(chǎng)外泄，通過(guò)對(duì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)使其工作在第2諧振點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所述方法的可行性。

1 緊耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)設(shè)備的非接觸式供電系統(tǒng)定轉(zhuǎn)子間氣隙較小，一般在1～10 mm之間，耦合系數(shù)一般大于0.5，工程上可認(rèn)定為緊耦合工作條件。面向刀盤傳感器供電的緊耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)依次由高頻逆變器、補(bǔ)償電路、空心變壓器以及高頻整流器構(gòu)成。為降低開關(guān)電流應(yīng)力，逆變器采用全橋結(jié)構(gòu)，將24 V的直流電逆變?yōu)?5 kHz的交流電，經(jīng)過(guò)原邊諧振腔濾波在原邊線圈得到85 kHz的正弦電流，原邊交變電流將產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變的磁場(chǎng)在副邊線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后通過(guò)全橋整流電路整流為直流電，額定輸出電壓為24 V，用5.76 Ω電阻等效100 W的刀盤傳感器負(fù)載。

通過(guò)1對(duì)多線圈將輸入功率分?jǐn)偟?個(gè)子繞組，各子繞組分?jǐn)偢边呺娏鳎瑴p小了副邊的銅耗。其次，由于負(fù)載功率被3個(gè)繞組分?jǐn)?，每個(gè)繞組所接的整流器以及Buck穩(wěn)壓電路所承受的功率較小，有利于小型模塊化電能變換器的使用，而無(wú)需額外設(shè)計(jì)大功率電源變換器，節(jié)省了研發(fā)周期和研制成本。此外，盾構(gòu)機(jī)刀盤傳感器存在多個(gè)電壓等級(jí)，不同的電壓等級(jí)相差較大，副邊多接收線圈的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)不同的線圈為不同的電壓等級(jí)設(shè)備供電，從而節(jié)省了DC/DC變換器的數(shù)量和體積。

忽略耦合機(jī)構(gòu)原副邊線圈內(nèi)阻及系統(tǒng)其他寄生參數(shù)，可得到如圖1所示的系統(tǒng)電路模型。圖1中：Lr為線圈等效漏感，Lm為線圈等效勵(lì)磁電感，Cr為諧振電容，Np∶Nsi(i=1,2,3)為原副邊繞組匝數(shù)之比，Ud為輸入直流電壓，ui(t)為逆變器輸出電壓，Co1、Co2、Co3分別為各副邊繞組整流器輸出穩(wěn)壓電容，RL為負(fù)載等效電阻。為了簡(jiǎn)化分析，主要針發(fā)射線圈以及其中1個(gè)拾取線圈展開分析。

圖1 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)電路模型Fig.1 Circuit model of tightly coupled rotary WPS system

1.1 耦合機(jī)構(gòu)模型

對(duì)緊耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)的耦合機(jī)構(gòu)施加高頻電流，耦合機(jī)構(gòu)附近將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，對(duì)周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾。此外，通有高頻電流的線圈將感生高頻交變磁場(chǎng)，與金屬導(dǎo)體相交鏈會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)電流，從而使周圍的金屬環(huán)境產(chǎn)生渦流，引起設(shè)備發(fā)熱，影響使用壽命。尤其是本系統(tǒng)與中心回轉(zhuǎn)體同軸安裝，耦合機(jī)構(gòu)周圍金屬環(huán)境復(fù)雜，因此必須對(duì)耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行電磁屏蔽。圖2所示為該緊耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)耦合機(jī)構(gòu)模型。

受限于盾構(gòu)機(jī)的內(nèi)部空間，耦合機(jī)構(gòu)整體尺寸固定，為降低成本，本文采用標(biāo)準(zhǔn)磁芯件。除去磁芯所占空間，將線圈繞組匝數(shù)盡可能繞滿，以增大耦合系數(shù)?；谪?fù)荷功率需求，通過(guò)Simulink仿真得到線圈電流，考慮工程裕量選取符合耐流值要求的利茲線。本文所提出的耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，耦合機(jī)構(gòu)主要由原邊發(fā)射線圈、副邊接受線圈以及相應(yīng)的電磁屏蔽層組成，其中，電磁屏蔽層又分為內(nèi)層、外層、上層以及下層，將耦合線圈緊密包裹。

圖2 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)耦合機(jī)構(gòu)模型Fig.2 Coupling mechanism model of tightly coupled rotary WPS system

本文設(shè)計(jì)閉合屏蔽層，圖4所示為耦合機(jī)構(gòu)磁密分布。由圖4可看出，經(jīng)過(guò)閉合屏蔽層設(shè)計(jì)，磁場(chǎng)在各個(gè)屏蔽磁芯中形成立體通路，漏磁通主要沿著空氣閉合，磁路不會(huì)飽和。在耦合機(jī)構(gòu)邊緣處有少許漏磁，這是由定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所需的氣隙所引起的，只要屏蔽磁芯工藝允許，最大限度減小空氣氣隙，即可最大程度減小耦合機(jī)構(gòu)的對(duì)外漏磁，從而降低對(duì)周圍環(huán)境的電磁干擾。

1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

由于緊耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)需安裝在盾構(gòu)機(jī)的中心回轉(zhuǎn)體上，安裝體積極其受限。為了減小設(shè)備體積，簡(jiǎn)化副邊結(jié)構(gòu)，本文采用原邊串聯(lián)補(bǔ)償-副邊無(wú)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償諧振結(jié)構(gòu)，僅由1個(gè)外部補(bǔ)償電容Cr組成，其與空心變壓器漏感諧振同時(shí)平衡變壓器磁通，防止飽和。假設(shè)逆變器輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)方波ui(t)，對(duì)其進(jìn)行傅里葉分解，有

(1)

式中：fs為系統(tǒng)工作頻率；n為諧波次數(shù)。

當(dāng)逆變器的輸出方波饋入如圖1所示的諧振腔中，由于諧振電容Cr具有隔直通交的作用，式(1)中的直流分量將被阻斷，而不會(huì)對(duì)后級(jí)電路產(chǎn)生有功功率。穩(wěn)態(tài)分析采用基波分析法，基波

(2)

采用基頻分析的等效電路如圖5所示，電路存在2個(gè)諧振點(diǎn)，即Cr與Lr、Lm的串聯(lián)諧振，以及Cr與Lr諧振，對(duì)應(yīng)諧振頻率分別為fr1、fr2，表達(dá)式分別如下：

圖3 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)磁屏蔽層設(shè)計(jì)Fig.3 Magnetic shielding layer design of tightly coupled rotary WPS system

圖4 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)耦合機(jī)構(gòu)磁密分布Fig.4 Flux density distribution of coupled mechanism of tightly coupled rotary WPS system

圖5 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)等效電路Fig.5 Equivalent circuit of tightly coupled rotary WPS system

(3)

(4)

當(dāng)副邊整流橋的二極管導(dǎo)通時(shí)，勵(lì)磁電感Lm由于變壓器的作用鉗制為輸入電壓，不參與諧振過(guò)程，這個(gè)狀態(tài)下諧振頻率fr2僅由Lr和Cr決定；而當(dāng)副邊不再鉗位時(shí)，這個(gè)狀態(tài)下的諧振頻率fr1由Lr、Cr、Lm三者共同決定。諧振條件下原邊線圈電流為正弦波，副邊感應(yīng)電流is(t)也為正弦波，表示為

(5)

式中：Is為副邊電流有效值；φ為副邊電流與逆變器輸出基波電壓的相位差。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，副邊受二極管作用，輸出電壓鉗位副邊繞組，因此，副邊交流側(cè)的電壓us(t)為幅值Uo的方波，且由于副邊為不可控的全橋整流拓?fù)洌瑄s(t)與is(t)同相位，故將us(t)用傅里葉級(jí)數(shù)展開，可表示為

(6)

取us(t)的基波分量us1(t)進(jìn)行分析，us1(t)的有效值

(7)

根據(jù)能量守恒，忽略整流器的開關(guān)損耗，整流器輸入功率等于輸出功率，可得

(8)

故可求得整流器的輸入等效阻抗

(9)

將副邊等效電阻Re折算到原邊，可將諧振腔簡(jiǎn)化為如圖6所示的等效電路。

圖6 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)諧振腔等效電路Fig.6 Equivalent circuit of the resonant tank of tightly coupled rotary WPS system

圖6中，Req為由基波分量近似法等效的變壓器原邊交流等效阻抗，Req=8n2RL/π2，則諧振腔的電壓增益

(10)

式中ω為角頻率，ω=2πfs。整理得

(11)

進(jìn)一步可得

H(jω)=

(12)

(13)

式中：K為電感比例；fn為歸一化頻率；Q為品質(zhì)因數(shù)。

根據(jù)式(13)固定K值，繪制諧振腔在不同Q值下的增益特性曲線，如圖7(a)所示；固定Q=0.25，繪制繪制諧振腔在不同K值下的增益特性曲線，如圖7(b)所示。

由圖7(a)可知，隨著Q值增加，峰值電壓增益點(diǎn)逐漸偏離第1諧振點(diǎn)，向第2諧振點(diǎn)逼近，峰值電壓逐漸下降，增益曲線變?yōu)槠骄?。?dāng)頻率fr=fr2時(shí)，諧振腔增益為1，也即最理想情況，此時(shí)負(fù)載變動(dòng)不會(huì)影響輸出電壓；當(dāng)fr>fr2時(shí)，增益曲線較為平緩，負(fù)載調(diào)節(jié)特性較差；當(dāng)fr1

圖7 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)諧振腔增益特性曲線Fig.7 Frequency-gain curves of resonant tank of tightly coupled rotary WPS system

2 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述分析及所建模型，設(shè)計(jì)副邊無(wú)補(bǔ)償?shù)木o耦合旋轉(zhuǎn)式無(wú)線供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)如圖8所示。圖8中，全橋逆變器基于STM32F103C8T6控制器作為脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，PWM)發(fā)生器，為開關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得逆變器可為原邊諧振腔提供高頻激勵(lì)方波；金氧半場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)型號(hào)為英飛凌BSC028N06NS，該MOSFET比替代設(shè)備的導(dǎo)通電阻低15%，且與同類設(shè)備相比，品質(zhì)因素提高了31%，具有較高的系統(tǒng)效率和功率密度，以及較低的系統(tǒng)成本和超低電壓；副邊整流器二極管選用型號(hào)為SB1045L的肖特基二極管；Buck穩(wěn)壓模塊基于XL5005電源管理芯片，XL4005是1個(gè)固定頻率為300 kHz的PWM降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，5 A電流負(fù)載能力，輸入電壓范圍為5～32 V，輸出電壓可調(diào)范圍為0.8～30 V。為了滿足輸入24 V、輸出24 V、輸出功率100 W的指標(biāo)，設(shè)計(jì)電路參數(shù)見表1。

圖8 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)Fig.8 Experimental prototype of tightly coupled rotary WPS system

表1 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)電路參數(shù)Tab.1 Main parameters of tightly coupled rotary WPS system

圖9所示為額定電壓以及額定負(fù)載下原副邊的電壓、電流波形。圖9中：ip為原邊線圈電流，uinv為逆變器輸出電壓，us為副邊線圈電壓。

由圖9可知開關(guān)頻率85 kHz達(dá)到諧振頻率附近，電流相位與電壓相位一致，沒有發(fā)生反相，諧振電流近似為正弦波，這說(shuō)明原邊工作在第2諧振點(diǎn)。結(jié)合圖5的等效電路可知，由于Lr與Cr諧振，忽略線圈內(nèi)阻，副邊輸出電壓僅與原邊輸入電壓有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于負(fù)載的恒壓輸出。

最后對(duì)裝置進(jìn)行變負(fù)載測(cè)試，圖10所示為副邊各子繞組在不同負(fù)載下的輸出電壓值，其中U1、U2、U3分別為副邊各繞組級(jí)聯(lián)整流器后的直流輸出電壓。

圖9 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)電壓電流波形Fig.9 Voltage and current waveforms of tightly coupled rotary WPS system

圖10 緊耦合旋轉(zhuǎn)式WPS系統(tǒng)輸出特性曲線Fig.10 Output characteristic curves of tightly coupled rotary WPS system

由圖10可看出，空載時(shí)的輸出電壓與帶載時(shí)有較大差別，此時(shí)副邊開路，繞組無(wú)電流流過(guò)，故原邊的勵(lì)磁電感Lm參與諧振，此時(shí)的原邊電流波形為三角波，有效值較大，會(huì)在開關(guān)管以及線圈內(nèi)阻上產(chǎn)生較大損耗。而在低功率等級(jí)下，線圈內(nèi)阻對(duì)裝置的影響較大，負(fù)載會(huì)對(duì)電壓增益產(chǎn)生影響，使電路偏離設(shè)定的運(yùn)行狀態(tài)，因此空載或輕載不適于本文所述拓?fù)涞膽?yīng)用。但隨著負(fù)載提高，電壓增益逐漸趨于穩(wěn)定，系統(tǒng)效率也隨之提高。為了確保對(duì)副邊傳感器的穩(wěn)定供電，在后級(jí)增加穩(wěn)壓模塊，以滿足輸出電壓恒定24 V的要求。

最后，利用功率分析儀進(jìn)行系統(tǒng)效率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，系統(tǒng)在額定輸入下可滿足負(fù)載24 V、100 W的供電需求，系統(tǒng)效率為81.258%。

表2 系統(tǒng)效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results of system efficiency

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的定轉(zhuǎn)子間電能傳輸問題，提出一種副邊無(wú)補(bǔ)償?shù)木o耦合無(wú)線供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一對(duì)三的耦合機(jī)構(gòu)，通過(guò)有限元仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的磁屏蔽裝置可以有效抑制耦合機(jī)構(gòu)的電磁泄漏，隨后建立S-N補(bǔ)償電路的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真分析證明了該諧振電路具有不受負(fù)載影響的恒壓特性，且具有較高的諧振頻帶，適用于盾構(gòu)機(jī)刀盤供電場(chǎng)合。最后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，測(cè)試了在不同負(fù)載下的輸出電壓，實(shí)驗(yàn)證明所設(shè)計(jì)的裝置可以在較寬負(fù)載范圍內(nèi)穩(wěn)定供電，且所設(shè)計(jì)的耦合機(jī)構(gòu)不會(huì)對(duì)周圍通信通道產(chǎn)生串?dāng)_。