无线电能传输系统对人体及体内植入器件电磁环境影响研究

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无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术是一种采用非接触方式,利用空间内电磁波的传播特性,实现电能在不需要任何介质的情况下,进行跨越空间传输的技术。该技术近几年来发展迅速,被广泛应用于医学仪器开发、交通运输工程、家用电子设备、水下工作设施等诸多领域。随着无线电能传输技术越来越贴近人们的日常生活,其电磁环境安全问题也逐渐暴露于公众的视野之中。本文详细的分析了谐振式无线电能传输系统的工作原理,并应用有限元分析方法,针对电动汽车无线充电过程中对人体及体内植入器件的电磁安全影响进行了以下研究。(1)分析了国内外代表性的电磁防护安全标准,选择导出限值(空间中的电场强度,磁感应强度)和基本限值(人体内部感应电场强度峰值,比吸收率)作为无线电能传输系统的电磁安全评价指标。(2)完成了谐振式无线电能传输系统的场路耦合有限元数值分析,构建了适用于不同输出功率的线圈模型,在保证无线电能传输系统最大传输效率的条件下,确定了电动汽车无线充电的实用频段,系统最高频率为1100 k Hz。并且研究了系统周围空间电磁场分布,以导出限值为指标,计算出了不同传输效率,输出功率条件下的安全距离。(3)构建了人体及体内植入器件(心脏起搏器)模型,仿真计算了人体在位于无线电能传输系统不同位置处的电场强度峰值和比吸收率,并与基本限值对比,确定了在不同频率,功率条件下,人体与无线电能传输系统的安全距离。并将植入器件处的电磁参数与医疗装置的电磁兼容标准相对比。(4)推导了温度场满足的偏微分方程,实现了电磁场与温度场的相互耦合。仿真分析了植入金属器件的人体在无线电能传输系统安全距离处的电磁热效应。
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