金属障碍物对无线电能传输系统扰动机理研究

发布时间：2017-09-14 22:00

  本文关键词：金属障碍物对无线电能传输系统扰动机理研究

  更多相关文章： 无线电能传输 金属障碍物 扰动分析 有限元方法 异物检测

【摘要】：无线电能传输技术在解决不宜、不易使用导线供电场合的供电问题、发挥重要技术优势的同时,正逐步往大功率、高效率能量传输的目标推进。然而,现有关于无线电能传输的理论分析、系统设计均基于系统中无金属障碍物的理想假设。实际工况中,发射线圈与接收线圈间一旦存在金属障碍物,系统电磁参数将发生扰动。这将对无线电能传输系统,尤其是对工作频率要求严格的谐振式无线电能传输系统工作特性造成影响,并引起金属障碍物发热,甚至引发危险。针对金属障碍物对无线电能传输系统的扰动影响研究,本文的主要工作包括以下几个方面：(1) 本文基于电磁场理论,从原理上分析了金属障碍物对无线电能传输系统空间磁场分布的影响,研究了金属障碍物对线圈等效电感、品质因数、谐振频率、传输效率和金属障碍物涡流损耗的影响规律和机理。(2) 以金属障碍物对谐振式无线电能传输系统影响为例,通过有限元方法对铁板、铝板和铜板所在系统建模。并对金属障碍物在不同位置下对系统参数造成得影响进行分析,从而得到金属材料间的磁导率差异对金属在无线电能传输系统中的影响规律。(3)在对典型金属障碍物分析的基础上,改变材料磁导率设置参数,通过计算磁导率变化对系统品质因数、系统谐振频率、空间磁场分布、系统传输效率以及金属涡流损耗造成的影响差异,验证了前文的相关分析。(4)在理论分析求解的基础上,搭建与仿真模型一致的谐振式无线电能传输实验平台,分析并对比了铁板、铝板和铜板三种金属在系统中不同位置对系统波形、谐振频率、传输效率和涡流温升造成的影响与有限元计算结果的差异,验证了计算模型的正确性。本课题研究了金属障碍物对无线电能传输系统的扰动影响和机理,对不同种类金属造成的系统扰动差异做了具体分析。研究结果表明,金属障碍物在系统中的涡流效应是影响系统参数的最主要原因。金属障碍物在两线圈中间位置对系统影响最小,实验中铝板、铜板和铁板所在系统在该处的最高效率分别为43.62%、44.72%和2.31%。引起金属在系统中表现差异的最主要因素是金属的磁导率差异。
【关键词】：无线电能传输 金属障碍物 扰动分析 有限元方法 异物检测
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 课题研究背景与研究意义9-10
• 1.2 无线电能传输技术的定义与分类10-13
• 1.3 金属障碍物对无线电能传输系统扰动研究现状13-21
• 1.3.1 国外研究现状14-18
• 1.3.2 国内研究现状18-21
• 1.4 论文研究内容21
• 1.5 本章小结21-23
• 第二章 金属障碍物对无线电能传输系统干扰机理分析23-45
• 2.1 两线圈结构谐振式无线传能系统建模与分析23-28
• 2.2 金属障碍物对系统参数影响分析28-40
• 2.2.1 系统耦合系数变化分析28-30
• 2.2.2 线圈品质因数变化分析30-34
• 2.2.3 谐振频率变化分析34-38
• 2.2.4 金属障碍物涡流损耗分析38-40
• 2.3 金属材料参数差异对系统影响分析40-43
• 2.3.1 金属障碍物电导率对无线电能传输系统影响41-42
• 2.3.2 金属障碍物磁导率对无线电能传输系统影响42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 金属障碍物对无线电能传输系统影响的有限元分析45-57
• 3.1 金属障碍物对无线电能传输系统影响模型分析45-46
• 3.2 有限元分析基础及模型建立46-56
• 3.2.1 模型建立与边界条件分析46-48
• 3.2.2 场域模型变换以及方程离散求解48-51
• 3.2.3 有限元离散单元分析51-56
• 3.3 单元场路耦合求解分析56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 金属障碍物对无线电能传输系统影响的计算结果分析57-81
• 4.1 计算模型分析57-58
• 4.2 金属障碍物对无线电能传输系统影响的计算结果分析58-69
• 4.2.1 金属障碍物对系统谐振频率影响分析58-60
• 4.2.2 谐振频率偏移对接收效率影响分析60-61
• 4.2.3 金属障碍物对系统空间磁场分布影响分析61-64
• 4.2.4 金属障碍物对系统传输效率影响分析64-66
• 4.2.5 金属障碍物对系统品质因数影响分析66-68
• 4.2.6 金属障碍物涡流损耗对系统影响结果分析68-69
• 4.3 金属磁导率差异对无线电能传输系统影响结果分析69-79
• 4.3.1 磁导率差异对系统谐振频率影响分析70-71
• 4.3.2 磁导率差异对空间磁场分布影响分析71-75
• 4.3.3 磁导率差异对系统传输效率影响分析75-77
• 4.3.4 磁导率差异对系统品质因数影响分析77-78
• 4.3.5 磁导率差异对金属涡流损耗影响分析78-79
• 4.4 本章小结79-81
• 第五章 金属障碍物对无线电能传输系统影响的实验研究81-91
• 5.1 实验平台搭建81-82
• 5.2 金属障碍物对无线电能传输系统谐振频率影响分析82-84
• 5.3 金属障碍物对无线电能传输系统波形影响实验分析84-86
• 5.4 金属障碍物对无线电能传输系统效率影响实验分析86-87
• 5.5 金属障碍物在无线电能传输系统中涡流损耗测定87-89
• 5.6 本章小结89-91
• 第六章 总结与展望91-93
• 6.1 本论文研究总结91-92
• 6.2 前景展望92-93
• 参考文献93-101
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文101-103
• 致谢103

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