谐振式无线电能传输系统电磁安全性与屏蔽技术研究
发布时间：2022-01-13 17:04
无线电能传输技术作为一种新的电能传输方式,比传统的插电式更方便和灵活,不容易受到天气的影响而发生漏电现象,无磨损、操作性更强,应用前景广阔,为安全供电和绿色供电提供了一种新的方法。然而,随着无线电能传输技术的不断发展,人们开始重视电磁辐射对于人体安全性的问题。为此,本文主要研究无线电能传输系统工作时电磁辐射对周围人体的影响,然后针对超出规定限值的电磁辐射进行屏蔽技术的研究,对屏蔽装置的材料、形状、厚度、位置进行仿真分析,找出更好的屏蔽方法,使得系统对人体的电磁辐射降低到安全限值以下。本文的研究内容具体包括:（1）分别采用耦合模理论和电路理论建立无线电能传输系统的数学模型,推导出系统传输效率的表达式。对电磁环境的分析方法及谐振系统与人体的耦合机制进行分析,为后文的研究提供理论依据。对系统添加屏蔽装置,利用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对屏蔽前后两种模型的结构参数和磁场分布情况进行比较。结果表明,屏蔽装置的加入可以增强耦合区域磁场强度,限制漏磁。同时得出,屏蔽装置的材料、位置以及形状均会影响系统的结构参数和电磁场的分布情况。（2）以未添加屏蔽装置的无线电能传输系统为基础,研究人体...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁感应式无线电能传输结构框图
硕士学位论文3量传输。因此，该技术对一些障碍物具有一定的克服作用，例如陶瓷、橡胶、玻璃等一些非导电性能的物质。微波式无线电能传输系统工作时，若发射天线与接收天线完全一一对应，则系统传输效果较好，但是，当两天线装置不能对准时，微波会从发射天线中向各个方向发射，导致系统效率降低。所以两天线的放置位置将会影响系统整体的传输性能。同时，当两天线装置的位置不能对准时，对系统周围的设备或人体将造成影响。因此，目前为止该技术应用范围较小，仅在微波飞机、卫星发电站等设备中使用。图1.2微波式无线电能传输结构框图1.2.3磁耦合谐振式无线电能传输无线电能传输的另外一种传输方式为磁耦合谐振式无线电能传输(MagneticCoupledResonantWirelessPowerTransfer，简称MCR-WPT)。其系统的结构框图如图1.3所示。MCR-WPT技术的基本原理是当电源频率和线圈固有频率相同时，发射线圈会在周围空间产生交变电磁场，而接收线圈放置在发射线圈附近的磁场，当两线圈的谐振频率相同，进而产生电磁谐振，从而将电能传送给负载设备，实现电能的无线传输[18]。该传输方法利用电磁场共振的原理和近场强耦合概念进行无线电能传输，最终实现了MCR-WPT系统的能量传输。图1.3磁耦合谐振式无线电能传输结构框图为了对比三种传输方式在工作时，系统传输距离等其它方面的性能，列出了三种方式的传输特点，如表1.1所示。可以看出，磁耦合谐振式无线电能传输相较于另外两种，更适合中等距离的传输，传输效率也较高，解决了其它两种传输方式不可兼得的矛盾[19-20]。
硕士学位论文3量传输。因此，该技术对一些障碍物具有一定的克服作用，例如陶瓷、橡胶、玻璃等一些非导电性能的物质。微波式无线电能传输系统工作时，若发射天线与接收天线完全一一对应，则系统传输效果较好，但是，当两天线装置不能对准时，微波会从发射天线中向各个方向发射，导致系统效率降低。所以两天线的放置位置将会影响系统整体的传输性能。同时，当两天线装置的位置不能对准时，对系统周围的设备或人体将造成影响。因此，目前为止该技术应用范围较小，仅在微波飞机、卫星发电站等设备中使用。图1.2微波式无线电能传输结构框图1.2.3磁耦合谐振式无线电能传输无线电能传输的另外一种传输方式为磁耦合谐振式无线电能传输(MagneticCoupledResonantWirelessPowerTransfer，简称MCR-WPT)。其系统的结构框图如图1.3所示。MCR-WPT技术的基本原理是当电源频率和线圈固有频率相同时，发射线圈会在周围空间产生交变电磁场，而接收线圈放置在发射线圈附近的磁场，当两线圈的谐振频率相同，进而产生电磁谐振，从而将电能传送给负载设备，实现电能的无线传输[18]。该传输方法利用电磁场共振的原理和近场强耦合概念进行无线电能传输，最终实现了MCR-WPT系统的能量传输。图1.3磁耦合谐振式无线电能传输结构框图为了对比三种传输方式在工作时，系统传输距离等其它方面的性能，列出了三种方式的传输特点，如表1.1所示。可以看出，磁耦合谐振式无线电能传输相较于另外两种，更适合中等距离的传输，传输效率也较高，解决了其它两种传输方式不可兼得的矛盾[19-20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电环境的生物电磁安全评估[J]. 高妍,张献,杨庆新,魏斌,王磊. 电工技术学报. 2019(17)
[2]计及互感参数的串联-并联型无线电能系统传输特性[J]. 潘超,刘凯旭,郑永健,蔡国伟,孟涛. 电工技术学报. 2016(S1)
[3]无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展[J]. 麦瑞坤,李勇,何正友,杨鸣凯,陆立文,刘野然,陈阳,林天仁,徐丹露. 西南交通大学学报. 2016(03)
[4]基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析[J]. 张献,章鹏程,杨庆新,苑朝阳,苏杭. 电工技术学报. 2016(01)
[5]磁耦合谐振无线能量传输系统线圈参数优化[J]. 吴德祥,丁立波,李长生,杨文忠. 电力电子技术. 2015(10)
[6]无线电能传输技术分析[J]. 龚立娇,兰永均. 电工技术学报. 2015(S1)
[7]地铁列车司机室高频电磁暴露安全性评估[J]. 周文颖,逯迈,陈博栋. 中国铁道科学. 2015(05)
[8]无线电能传输技术的研究现状与应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 中国电机工程学报. 2015(10)
[9]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
[10]引信用磁耦合谐振系统复杂环境能量损耗分析[J]. 李长生,李炜昕,张合,丁立波. 兵工学报. 2014(08)
硕士论文
[1]巡检机器人无线充电系统磁场分析与屏蔽技术研究[D]. 马欣.北京交通大学 2019
[2]电动汽车无线充电系统电磁屏蔽特性研究[D]. 王朝晖.天津工业大学 2019
[3]磁共振无线电能传输系统的优化研究及充电公路的探索[D]. 刘禹岑.辽宁工程技术大学 2017
[4]电动汽车动态无线供电的N型磁耦合机构电磁兼容研究[D]. 胥佳琦.哈尔滨工业大学 2017
[5]电动汽车无线充电系统建模与电磁辐射安全性研究[D]. 王硕.清华大学 2017
[6]电动汽车无线充电系统建模与电磁安全性研究[D]. 朱勇.重庆大学 2016
[7]超导体—铁磁体超材料的磁屏蔽与磁传输特性研究[D]. 刘欢.西南交通大学 2015
[8]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[9]开关电源中高电流密度汇流排的仿真与优化[D]. 燕宣余.西南交通大学 2014
[10]电力需求侧能效评估系统研制及在电动汽车充电站的应用[D]. 戴晓宗.湖南大学 2014
本文编号：3586818
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁感应式无线电能传输结构框图
硕士学位论文3量传输。因此，该技术对一些障碍物具有一定的克服作用，例如陶瓷、橡胶、玻璃等一些非导电性能的物质。微波式无线电能传输系统工作时，若发射天线与接收天线完全一一对应，则系统传输效果较好，但是，当两天线装置不能对准时，微波会从发射天线中向各个方向发射，导致系统效率降低。所以两天线的放置位置将会影响系统整体的传输性能。同时，当两天线装置的位置不能对准时，对系统周围的设备或人体将造成影响。因此，目前为止该技术应用范围较小，仅在微波飞机、卫星发电站等设备中使用。图1.2微波式无线电能传输结构框图1.2.3磁耦合谐振式无线电能传输无线电能传输的另外一种传输方式为磁耦合谐振式无线电能传输(MagneticCoupledResonantWirelessPowerTransfer，简称MCR-WPT)。其系统的结构框图如图1.3所示。MCR-WPT技术的基本原理是当电源频率和线圈固有频率相同时，发射线圈会在周围空间产生交变电磁场，而接收线圈放置在发射线圈附近的磁场，当两线圈的谐振频率相同，进而产生电磁谐振，从而将电能传送给负载设备，实现电能的无线传输[18]。该传输方法利用电磁场共振的原理和近场强耦合概念进行无线电能传输，最终实现了MCR-WPT系统的能量传输。图1.3磁耦合谐振式无线电能传输结构框图为了对比三种传输方式在工作时，系统传输距离等其它方面的性能，列出了三种方式的传输特点，如表1.1所示。可以看出，磁耦合谐振式无线电能传输相较于另外两种，更适合中等距离的传输，传输效率也较高，解决了其它两种传输方式不可兼得的矛盾[19-20]。
硕士学位论文3量传输。因此，该技术对一些障碍物具有一定的克服作用，例如陶瓷、橡胶、玻璃等一些非导电性能的物质。微波式无线电能传输系统工作时，若发射天线与接收天线完全一一对应，则系统传输效果较好，但是，当两天线装置不能对准时，微波会从发射天线中向各个方向发射，导致系统效率降低。所以两天线的放置位置将会影响系统整体的传输性能。同时，当两天线装置的位置不能对准时，对系统周围的设备或人体将造成影响。因此，目前为止该技术应用范围较小，仅在微波飞机、卫星发电站等设备中使用。图1.2微波式无线电能传输结构框图1.2.3磁耦合谐振式无线电能传输无线电能传输的另外一种传输方式为磁耦合谐振式无线电能传输(MagneticCoupledResonantWirelessPowerTransfer，简称MCR-WPT)。其系统的结构框图如图1.3所示。MCR-WPT技术的基本原理是当电源频率和线圈固有频率相同时，发射线圈会在周围空间产生交变电磁场，而接收线圈放置在发射线圈附近的磁场，当两线圈的谐振频率相同，进而产生电磁谐振，从而将电能传送给负载设备，实现电能的无线传输[18]。该传输方法利用电磁场共振的原理和近场强耦合概念进行无线电能传输，最终实现了MCR-WPT系统的能量传输。图1.3磁耦合谐振式无线电能传输结构框图为了对比三种传输方式在工作时，系统传输距离等其它方面的性能，列出了三种方式的传输特点，如表1.1所示。可以看出，磁耦合谐振式无线电能传输相较于另外两种，更适合中等距离的传输，传输效率也较高，解决了其它两种传输方式不可兼得的矛盾[19-20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电环境的生物电磁安全评估[J]. 高妍,张献,杨庆新,魏斌,王磊. 电工技术学报. 2019(17)
[2]计及互感参数的串联-并联型无线电能系统传输特性[J]. 潘超,刘凯旭,郑永健,蔡国伟,孟涛. 电工技术学报. 2016(S1)
[3]无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展[J]. 麦瑞坤,李勇,何正友,杨鸣凯,陆立文,刘野然,陈阳,林天仁,徐丹露. 西南交通大学学报. 2016(03)
[4]基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析[J]. 张献,章鹏程,杨庆新,苑朝阳,苏杭. 电工技术学报. 2016(01)
[5]磁耦合谐振无线能量传输系统线圈参数优化[J]. 吴德祥,丁立波,李长生,杨文忠. 电力电子技术. 2015(10)
[6]无线电能传输技术分析[J]. 龚立娇,兰永均. 电工技术学报. 2015(S1)
[7]地铁列车司机室高频电磁暴露安全性评估[J]. 周文颖,逯迈,陈博栋. 中国铁道科学. 2015(05)
[8]无线电能传输技术的研究现状与应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 中国电机工程学报. 2015(10)
[9]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
[10]引信用磁耦合谐振系统复杂环境能量损耗分析[J]. 李长生,李炜昕,张合,丁立波. 兵工学报. 2014(08)
硕士论文
[1]巡检机器人无线充电系统磁场分析与屏蔽技术研究[D]. 马欣.北京交通大学 2019
[2]电动汽车无线充电系统电磁屏蔽特性研究[D]. 王朝晖.天津工业大学 2019
[3]磁共振无线电能传输系统的优化研究及充电公路的探索[D]. 刘禹岑.辽宁工程技术大学 2017
[4]电动汽车动态无线供电的N型磁耦合机构电磁兼容研究[D]. 胥佳琦.哈尔滨工业大学 2017
[5]电动汽车无线充电系统建模与电磁辐射安全性研究[D]. 王硕.清华大学 2017
[6]电动汽车无线充电系统建模与电磁安全性研究[D]. 朱勇.重庆大学 2016
[7]超导体—铁磁体超材料的磁屏蔽与磁传输特性研究[D]. 刘欢.西南交通大学 2015
[8]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[9]开关电源中高电流密度汇流排的仿真与优化[D]. 燕宣余.西南交通大学 2014
[10]电力需求侧能效评估系统研制及在电动汽车充电站的应用[D]. 戴晓宗.湖南大学 2014
本文编号：3586818
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