Multiphysics金属介质对磁共振耦合无线电能传输性能的影响(2)
3.2 金属材料属性对单线圈的影响 10
3.3 介质厚度对单线圈的影响 11
3.4 圆柱筒内壁与线圈间隙变化的影响 13
3.5 介质对双线圈磁共振耦合的影响 15
3.6 本章小结 17
4 实验与数据分析 18
4.1 实验装置介绍 18
4.2 不同金属介质对线圈耦合性能的影响分析 18
4.2.1 空气中两线圈耦合 18
4.2.2 铝棒位于线圈内部 19
4.2.3 铝块位于线圈收发端 20
4.3 本章小结 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究背景及意义
第二次工业革命后，人类社会便进入了电气时代。电能传输的主要方式有遍布各地的电网和高压电线到大型用电设备和家用电器，其共同特点都是通过金属导线直接传输。但这种有线传输存在一些用电安全问题。比如由于导线缠绕、老化或短路等问题，电能在传输过程中很容易产生火花，从而用电设备的寿命和用电安全就无法得到保障。此外，一些特殊工作场所无法使用有线电能传输，比如矿井和深海作业等。面对复杂多变的实际环境，人们开始着重研究各种障碍物（传输介质）对无线电能传输的影响，生活中最常见介质的是金属介质和混凝土[1]。
MIT的研究者发现，具有相同谐振频率的线圈组成耦合谐振系统（如声音、电磁场、核子等），可以高效率的交换能量[2]。相对于其他介质，电磁场更适合生活应用，所以提出了以时变磁场为耦合媒质的电磁谐振来实现无线能量传输。应用稀疏绕制的圆形螺线管作为实现无线能量传输的电磁谐振体。螺线管半径r=30cm，导线半径a=3mm，匝数n=5.25，螺线管绕线间的杂散电容充当谐振体的谐振电容，螺线管宽度h=20cm；螺线管谐振频率f=9.9MHz，通过理论计算谐振器的品质因数Q=2500，实际测量品质因数Q，=950。用单匝线圈作为驱动电路的一部分，为自谐振螺线管提供高频磁场，与相隔一段距离具有相同参数的螺线管耦合谐振，实现无线电能的发送和接收，再用一个导线环感应接收螺线管周围的磁场。该实验成功点亮了7英尺（约2.1m）远的60W电灯泡，传输效率达到40%。在成功实现磁耦合谐振无线电能传输后，麻省理工学院的研究人员又提出了两种提高传输效率的谐振体结构，随时间周期性变化的耦合传输结构，和多接收端能量传输方式，其数学模型都是来自耦合模理论[3,4]。
1.2 研究现状
1.3 本论文的主要研究内容
通过理论分析和实验研究无线电能传输通道周围金属物体存在对磁共振耦合无线电能传输性能的影响，详细分析不同结构尺寸、材料属性物体的影响规律，并提出抑制金属物体干扰的优化设计措施。大致研究步骤如下：
1 理论分析金属物质对无线电能传输的影响，建立磁共振耦合无线电能传输理论模型；
2 使用仿真软件对金属介质对无线电能传输的影响，并提出优化措施，在这些措施下仿真传输效率是否提升；
3 搭建实验系统，对金属介质的影响进行验证，并对优化措施的可行性进行实验验证。
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