本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)的電磁耦合諧振無(wú)線供電研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：機(jī)械設(shè)備在工作過程中會(huì)出現(xiàn)各種形式的故障。對(duì)于連續(xù)工作的設(shè)備,需要使用嵌入式傳感器對(duì)可能出現(xiàn)故障的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的嵌入式傳感器提供能量成為需要解決的問題。傳統(tǒng)的電池和其它供電方式存在諸多限制和不便。電磁耦合諧振無(wú)線供電技術(shù)克服了傳統(tǒng)供電技術(shù)的不足之處,可以實(shí)現(xiàn)中等距離較大功率電能的傳輸。本文提出將電磁耦合諧振無(wú)線供電技術(shù)應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)以解決嵌入式傳感器的供電問題,對(duì)該技術(shù)展開相關(guān)研究,主要的工作內(nèi)容和結(jié)論如下： 1.介紹了當(dāng)前三種主要的無(wú)線供電技術(shù)(微波無(wú)線供電、電磁感應(yīng)無(wú)線供電、電磁耦合諧振無(wú)線供電)的原理、特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外的研究情況。微波無(wú)線供電傳輸距離遠(yuǎn)但效率低且易受障礙物影響；電磁感應(yīng)無(wú)線供電傳輸功率大,但距離近；而電磁耦合諧振無(wú)線供電很好地解決了前兩種方式的問題具有較遠(yuǎn)的傳輸距離和較高的效率。并根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)無(wú)線供電的特點(diǎn)選用電磁耦合諧振無(wú)線供電技術(shù)進(jìn)行主要研究。 2.從物理學(xué)角度對(duì)電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)進(jìn)闡述。將發(fā)射電磁場(chǎng)分為近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了分析,得出系統(tǒng)主要工作于近場(chǎng)區(qū)電磁場(chǎng),對(duì)載流線圈的耦合以及組成的諧振回路進(jìn)行原理分析。然后通過耦合模型理論(CMT)研究系統(tǒng)的傳輸?shù)膿p耗、功率、效率和傳輸機(jī)理,對(duì)傳輸過程中能量的狀態(tài)進(jìn)行分析。最后結(jié)合等效電路理論將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為電路模型,從電路角度分析頻率、阻抗和距離對(duì)傳輸效率的影響。 3.詳細(xì)闡述了電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì),系統(tǒng)由直流電源、信號(hào)發(fā)生電路、高頻功率放大電路、發(fā)射端諧振回路、接收端諧振回路、整流濾波電路以及負(fù)載組成。然后主要研究了各類信號(hào)發(fā)生電路的和高頻功率放大電路的工作原理并進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了兩級(jí)適合電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)的寬頻線性功率放大器。對(duì)收發(fā)端線圈的自感、互感和電容進(jìn)行分析,以此為依據(jù)制作線圈并匹配諧振電容來(lái)組成諧振電路。對(duì)接收端的整流濾波電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并選用負(fù)載。最后根據(jù)對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)搭建無(wú)線供電平臺(tái)成功實(shí)現(xiàn)了20cm距離7.5W電能的無(wú)線傳輸,效率約為62%。 4.對(duì)無(wú)線供電系統(tǒng)的耦合磁場(chǎng)進(jìn)行了有限元分析。首先分析不同激勵(lì)信號(hào)和線圈參數(shù)對(duì)單線圈發(fā)射磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響,得出增大激勵(lì)電壓幅度、線圈半徑、匝數(shù)可以增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié)論。然后分析了半徑、匝數(shù)和距離對(duì)一對(duì)線圈耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響,線圈耦合磁場(chǎng)隨著距離的增大而減弱；在相同距離上,增大線圈半徑和匝數(shù)可以增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。最后分析了距離對(duì)三維接收線圈的耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響,隨著距離的增大,磁場(chǎng)的分布范圍增大,但強(qiáng)度減小。通過分析激勵(lì)信號(hào)參數(shù)、距離線圈參數(shù)對(duì)耦合磁場(chǎng)的影響為后文設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究傳輸特性提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。 5.在實(shí)現(xiàn)電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究其傳輸特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)傳輸效率最高；同時(shí)提高發(fā)射電壓、增大線圈半徑、匝數(shù)、線徑、諧振電容可以在提高系統(tǒng)的傳輸性能。研究了角度變化對(duì)傳輸?shù)挠绊?在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)三維接收線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明接收端線圈的三維結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多方向接收能量。并且對(duì)電磁耦合諧振無(wú)線供電技術(shù)的穿透性和安全性進(jìn)行了分析,得到該技術(shù)對(duì)非金屬材料具有良好的穿透性。
【關(guān)鍵詞】：電磁耦合諧振 嵌入式傳感器 耦合磁場(chǎng) 互感 傳輸效率 多方向性
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH165.3
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 無(wú)線供電技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 微波無(wú)線供電技術(shù)13-14
• 1.2.2 電磁感應(yīng)無(wú)線供電技術(shù)14-15
• 1.2.3 電磁耦合諧振無(wú)線能量傳輸技術(shù)15-16
• 1.3 課題背景及研究的目的和意義16-17
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容17-20
• 第二章 電磁耦合諧振式無(wú)線供電理論研究20-28
• 2.1 電磁耦合諧振無(wú)線供電物理基礎(chǔ)20-22
• 2.1.1 電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)20-21
• 2.1.2 磁耦合21
• 2.1.3 諧振電路21-22
• 2.2 耦合諧振理論22-23
• 2.3 傳輸機(jī)理23-24
• 2.4 能量傳輸狀態(tài)分析24-26
• 2.5 電路模型分析26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第三章 電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-54
• 3.1 電磁耦合諧振無(wú)線供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.2 直流電源29
• 3.3 信號(hào)發(fā)生電路29-32
• 3.3.1 信號(hào)發(fā)生電路工作原理及設(shè)計(jì)29-31
• 3.3.2 無(wú)線供電系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生電路31-32
• 3.4 高頻功率放大器32-44
• 3.4.1 A類高頻功率放大器32-34
• 3.4.2 B類高頻功率放大器34-36
• 3.4.3 AB類高頻功率放大器36-37
• 3.4.4 C類高頻功率放大器37-39
• 3.4.5 開關(guān)型高頻功率放大器39-41
• 3.4.6 無(wú)線供電系統(tǒng)放大器設(shè)計(jì)41-44
• 3.5 發(fā)射端與接收端設(shè)計(jì)44-50
• 3.5.1 線圈自感45-46
• 3.5.2 線圈阻抗46-48
• 3.5.3 電容48
• 3.5.4 線圈互感48-50
• 3.6 整流濾波電路50-51
• 3.7 負(fù)載51
• 3.8 電磁耦合諧振無(wú)線供電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)51-52
• 3.9 本章小結(jié)52-54
• 第四章 線圈耦合磁場(chǎng)有限元仿真分析54-66
• 4.1 電磁場(chǎng)有限元分析及軟件應(yīng)用54
• 4.2 單線圈磁場(chǎng)仿真分析54-58
• 4.3 雙線圈耦合磁場(chǎng)仿真分析58-63
• 4.4 三維接收線圈耦合磁場(chǎng)仿真63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 第五章 電磁耦合諧振無(wú)線供電實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析66-84
• 5.1 電磁耦合諧振無(wú)線供電傳輸特性分析66-74
• 5.1.1 驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率對(duì)傳輸?shù)挠绊?/span>66-67
• 5.1.2 電源電壓對(duì)傳輸特性的影響67-69
• 5.1.3 線圈半徑對(duì)傳輸特性的影響69-70
• 5.1.4 線圈線徑對(duì)傳輸特性的影響70-71
• 5.1.5 線圈匝數(shù)對(duì)傳輸特性的影響71-73
• 5.1.6 電容對(duì)傳輸性能的影響73-74
• 5.2 電磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸方向特性研究74-75
• 5.3 多方向接收端研究75-80
• 5.3.1 三維接收端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)76
• 5.3.2 接收端電路設(shè)計(jì)76-79
• 5.3.3 三維接收端實(shí)驗(yàn)79-80
• 5.4 穿障實(shí)驗(yàn)及分析80-81
• 5.5 安全性分析81
• 5.6 本章小結(jié)81-84
• 第六章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 本文工作總結(jié)84-85
• 6.2 未來(lái)工作展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-92
• 攻讀碩士研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 張雪松;朱超甫;張春發(fā);李忠富;;無(wú)線能量傳輸技術(shù)及其在扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

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4 韓騰,卓放,閆軍凱,劉濤,王兆安;非接觸電能傳輸系統(tǒng)頻率分叉現(xiàn)象研究[J];電工電能新技術(shù);2005年02期

5 武瑛,嚴(yán)陸光,徐善綱;運(yùn)動(dòng)設(shè)備無(wú)接觸供電系統(tǒng)耦合特性的研究[J];電工電能新技術(shù);2005年03期

6 孫躍;王智慧;戴欣;蘇玉剛;李良;;非接觸電能傳輸系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性研究[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2005年11期

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9 張雪松;朱超甫;李忠富;;基于微帶天線的能量傳輸技術(shù)及其性能研究[J];電子與信息學(xué)報(bào);2007年01期

10 孫躍;卓勇;蘇玉剛;王智慧;唐春森;;非接觸電能傳輸系統(tǒng)拾取機(jī)構(gòu)方向性分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年04期

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本文編號(hào)：401257