在电力电子与电机驱动领域，传统绕线转子同步电机（WFSM）长期受制于机械碳刷带来的可靠性隐患。碳刷与滑环之间的物理接触不仅导致机械磨损，还易产生接触火花，限制了设备在恶劣环境或高维护成本场景下的应用寿命。为突破这一技术瓶颈，一项基于电容式无线功率传输（CPT）技术的新型沟槽圆盘旋转耦合器（GDC）应运而生，旨在通过非接触式能量传输实现电机的无刷励磁。
结构创新提升气隙耦合能力
与传统的盘式、圆柱板式或同心环式旋转耦合器相比，该沟槽圆盘耦合器在结构设计上实现了显著优化。其核心优势在于能够在更大的空气间隙下实现更高的耦合电容值。这一特性直接转化为更强的功率传输能力，解决了传统无线励磁技术在气隙较大时能量传输效率低下的难题。通过有限元分析技术，研究团队对GDC的性能以及主电机的电磁特性进行了全面评估，验证了该结构在提升系统整体效能方面的潜力。
15kW实验平台验证高效传输
以GDC为核心组件，研发团队构建了一套无线励磁系统，并将其集成至额定转速为750转/分钟的15千瓦发电实验平台上。实验在传输距离为5毫米、等效转子励磁绕组电阻为3欧姆的条件下，该系统能够输出333瓦的励磁功率，直流-直流（DC-DC）传输效率高达66.93%。这一效率指标在同类无线电力传输应用中具有显著的竞争力。
实验进一步验证了通过调节励磁电流对发电机输出电压的有效控制能力。在不同励磁电流、转速及负载条件下进行的测试结果显示，该电容式无线励磁系统能够稳定满足15千瓦发电机的励磁需求，证明了其在实际工况下的可靠性和适应性。
这项技术突破不仅解决了传统碳刷电机的维护痛点，更为大型同步电机向高可靠性、免维护方向演进提供了新的技术路径。随着工业设备对运行稳定性要求的不断提升，无线励磁技术有望在风电、船舶推进及工业驱动等领域获得更广泛的应用。