跨高耗介质的无线供电技术及应用

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1、图爲聲毛謂我匈硕±学位论文Ｐ修Ｉ３跨高耗介质的无线供电技术及应用Ｓｍ刘龙超５ｂ｜指导教师姓名、职称歷臟授企业导师姓名、职热杨团高工申请学位类别工程硕±西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文雇我个人巧导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容Ｗ外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教

2、育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本硏究所做的任何贡献巧已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。：金日期；本人签名龄砖西安电子科技大学关于论文使用授权的说明目本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使巧学位论文的规定，Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安化子科技大学。学校有权保留．送交论文的复印件，允许查阅、借阅晚文；学校可布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保

3、存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为闲安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权。＿书多本人签：疏茲名导师签名；．文．０州．ｒ日期：）日期：＾学校代码10701学号1304122172分类号TM15密级公开西安电子科技大学硕士学位论文跨高耗介质的无线供电技术及应用作者姓名：刘龙超领域：仪器仪表工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：谢楷副教授企业导师姓名、职称：杨团高工学院：机电工程学院提交日期：2015年12月T

4、hetechnologyandapplicationofwirelesspowertransmissionthroughhighlossmediumAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinInstrumentandMeterEngineeringByLiuLongchaoSupervisor:XieKaiProfessorYangTuanResearchFel

5、lowDecember2015摘要摘要近年来无线供电技术在消费电子、工业设备及自动化装备、医疗电子和军事装备等多个领域得到了广泛的应用。无线供电技术使得电能的传递不再受导线的束缚，这给人们生产生活带来了极大的便利。虽然现有的无线供电技术在跨空气或绝缘体外壳等低损耗介质应用中表现出良好的性能，但绝大部分的技术方法还不能直接应用在跨非铁磁性高损耗介质（如金属、泥浆、含盐液体）的场合，会出现无线传输效率严重降低，甚至完全被屏蔽的现象。为拓展无线供电的应用领域，本文对跨非铁磁性高损耗介质的无线能量传输的基础问题

6、进行了研究，主要工作如下：首先，对三种最常见的无线供电技术进行了原理分析，其中重点讨论了感应耦合式和磁共振式无线供电技术在跨越非铁磁性高耗介质时可能遇到的问题。分析了常见非铁磁性高耗介质的损耗特性，对典型非铁磁性高耗介质对电、磁场和电磁波的屏蔽性能进行了计算对比，得出了相同频率下非铁磁性高耗介质对低频磁场的屏蔽性能最弱的结论，即低频磁场可以作为跨非铁磁性高耗介质电磁传输的手段。第二，开展了非铁磁性高耗介质下的无线传输实验。选取了三种典型非铁磁性高耗介质做为研究对象：盐水（含导电离子）、石墨（含低密度自由

7、电子）、金属箔（高密度自由电子）。设计了实验系统并开展了1MHz~30MHz低频电场、磁场以及电磁波的传输实验与对比。结果支持了相同频率下低频磁场在非铁磁性高耗介质中传播衰减最小的结论，证明了理论分析的正确性。第三，建立了跨非铁磁性导电金属介质的电磁耦合传输模型。考虑了低频磁场穿透非铁磁性高耗介质时导电损耗和涡流损耗两类损耗机制，建立了等效互感耦合电路模型，从而为电路设计提供了参考模型。采用有限元和实验两种方法，对模型的有效性进行了验证，并获得了典型的参考数据。最后，在所提出的理论指导下，设计了一套跨非

8、铁磁性金属无线能量传输系统，并针对低频条件下初次级线圈阻抗非常低的问题，提出了基于并联谐振的驱动技术和基于阻抗变换的接收方法，有效地提高了传输效率。测试结果表明：一方面观测到了非铁磁性金属介质层的存在导致松耦合结构初次级线圈电感量下降，等效电阻增加，与跨非铁磁性金属无线能量传输的电路模型得出的结果趋势吻合，验证了理论模型的有效性；另一方面，本文提出的方法在跨越0.1mm铜箔时仍可保持27.2%的传输效率，在跨越0.3mm铜箔时仍可保持2.8