【摘要】：近年來(lái)無(wú)線供電技術(shù)在消費(fèi)電子、工業(yè)設(shè)備及自動(dòng)化裝備、醫(yī)療電子和軍事裝備等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線供電技術(shù)使得電能的傳遞不再受導(dǎo)線的束縛,這給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利。雖然現(xiàn)有的無(wú)線供電技術(shù)在跨空氣或絕緣體外殼等低損耗介質(zhì)應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能,但絕大部分的技術(shù)方法還不能直接應(yīng)用在跨非鐵磁性高損耗介質(zhì)(如金屬、泥漿、含鹽液體)的場(chǎng)合,會(huì)出現(xiàn)無(wú)線傳輸效率嚴(yán)重降低,甚至完全被屏蔽的現(xiàn)象。為拓展無(wú)線供電的應(yīng)用領(lǐng)域,本文對(duì)跨非鐵磁性高損耗介質(zhì)的無(wú)線能量傳輸?shù)幕A(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行了研究,主要工作如下:首先,對(duì)三種最常見的無(wú)線供電技術(shù)進(jìn)行了原理分析,其中重點(diǎn)討論了感應(yīng)耦合式和磁共振式無(wú)線供電技術(shù)在跨越非鐵磁性高耗介質(zhì)時(shí)可能遇到的問(wèn)題。分析了常見非鐵磁性高耗介質(zhì)的損耗特性,對(duì)典型非鐵磁性高耗介質(zhì)對(duì)電、磁場(chǎng)和電磁波的屏蔽性能進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比,得出了相同頻率下非鐵磁性高耗介質(zhì)對(duì)低頻磁場(chǎng)的屏蔽性能最弱的結(jié)論,即低頻磁場(chǎng)可以作為跨非鐵磁性高耗介質(zhì)電磁傳輸?shù)氖侄�。第�?開展了非鐵磁性高耗介質(zhì)下的無(wú)線傳輸實(shí)驗(yàn)。選取了三種典型非鐵磁性高耗介質(zhì)做為研究對(duì)象:鹽水(含導(dǎo)電離子)、石墨(含低密度自由電子)、金屬箔(高密度自由電子)。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并開展了1MHz~30MHz低頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電磁波的傳輸實(shí)驗(yàn)與對(duì)比。結(jié)果支持了相同頻率下低頻磁場(chǎng)在非鐵磁性高耗介質(zhì)中傳播衰減最小的結(jié)論,證明了理論分析的正確性。第三,建立了跨非鐵磁性導(dǎo)電金屬介質(zhì)的電磁耦合傳輸模型�？紤]了低頻磁場(chǎng)穿透非鐵磁性高耗介質(zhì)時(shí)導(dǎo)電損耗和渦流損耗兩類損耗機(jī)制,建立了等效互感耦合電路模型,從而為電路設(shè)計(jì)提供了參考模型。采用有限元和實(shí)驗(yàn)兩種方法,對(duì)模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,并獲得了典型的參考數(shù)據(jù)。最后,在所提出的理論指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)了一套跨非鐵磁性金屬無(wú)線能量傳輸系統(tǒng),并針對(duì)低頻條件下初次級(jí)線圈阻抗非常低的問(wèn)題,提出了基于并聯(lián)諧振的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和基于阻抗變換的接收方法,有效地提高了傳輸效率。測(cè)試結(jié)果表明:一方面觀測(cè)到了非鐵磁性金屬介質(zhì)層的存在導(dǎo)致松耦合結(jié)構(gòu)初次級(jí)線圈電感量下降,等效電阻增加,與跨非鐵磁性金屬無(wú)線能量傳輸?shù)碾娐纺Ｐ偷贸龅慕Y(jié)果趨勢(shì)吻合,驗(yàn)證了理論模型的有效性;另一方面,本文提出的方法在跨越0.1mm銅箔時(shí)仍可保持27.2%的傳輸效率,在跨越0.3mm銅箔時(shí)仍可保持2.89%的傳輸效率與同類文獻(xiàn)相比有所提高。本文的主要成果,一方面從理論上解釋了低頻磁場(chǎng)能夠穿透非鐵磁性高耗介質(zhì)的原因,并且進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;另一方面針對(duì)極高損耗的介質(zhì)—非鐵磁性金屬,提出一種并聯(lián)諧振和阻抗變換技術(shù),這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)能量的相對(duì)高效傳輸。本文的成果還可用于水下無(wú)線供電,泥漿中的無(wú)線供電,人體器官的無(wú)線供電等需要跨越非鐵磁性高耗介質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM724

【參考文獻(xiàn)】

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