一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，用于驗證磁耦合無線能量傳輸仿真實驗，包括信號發(fā)生器、負(fù)載、示波器、驅(qū)動線圈、發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈和負(fù)載線圈，其中：信號發(fā)生器與驅(qū)動線圈相連，驅(qū)動線圈與發(fā)送線圈相連，負(fù)載與負(fù)載線圈相連，負(fù)載線圈與接收線圈相連，增強線圈位于發(fā)送線圈與接收線圈之間，發(fā)射線圈、增強線圈、接收線圈同軸；示波器包括四個通道，分別與信號發(fā)生器和負(fù)載兩端相連。本實用新型可以對不同波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強耦合點進(jìn)行驗證，從而探究不同波形下不同線圈模型的磁耦合無線能量傳輸特性。
【專利說明】
一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線能量傳輸技術(shù)大致包括電磁波無線能量傳輸技術(shù)、感應(yīng)耦合式無線能量傳輸技術(shù)和磁耦合共振式無線能量傳輸技術(shù)。其中，電磁波無線能量傳輸技術(shù)、感應(yīng)耦合式無線能量傳輸技術(shù)傳輸距離和功率的限制比較大。磁耦合共振式無線能量傳輸技術(shù)以磁場作為傳輸介質(zhì)，通過共振建立發(fā)射與接收裝置之間的傳遞通道，從而有效地傳輸能量。利用磁耦合共振式無線能量傳輸技進(jìn)行能量傳輸，不但可以提高傳輸?shù)墓β逝c效率，而且理論上可以將傳輸?shù)木嚯x提高到I到2米且不會受到空間障礙物的影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗，利用耦合模理論和諧振電路特性，分析磁耦合諧振式無線供電在輻射近場共振耦合的本質(zhì)特性和規(guī)律，再結(jié)合理論分析結(jié)果，利用電磁仿真軟件仿真計算功能建立分析模型，通過仿真計算得到了諧振頻率和線圈材料與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系曲線。
[0004]然而，現(xiàn)有的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗，無法根據(jù)理論分析結(jié)果，對不同波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強耦合點進(jìn)行驗證，從而探究不同波形下不同線圈模型的磁耦合無線能量傳輸特性。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提供了一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中磁耦合無線能量傳輸仿真實驗無法根據(jù)理論分析結(jié)果，對不同波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強耦合點進(jìn)行驗證的問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型公開了如下技術(shù)方案:
[0007]—種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，用于驗證磁耦合無線能量傳輸仿真實驗，包括信號發(fā)生器、負(fù)載、示波器、驅(qū)動線圈、發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈和負(fù)載線圈，其中:
[0008]信號發(fā)生器與驅(qū)動線圈相連，驅(qū)動線圈與發(fā)送線圈相連，負(fù)載與負(fù)載線圈相連，負(fù)載線圈與接收線圈相連，增強線圈位于發(fā)送線圈與接收線圈之間，發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈同軸;示波器包括四個通道，分別與信號發(fā)生器和負(fù)載兩端相連。
[0009]優(yōu)選的，磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置還包括內(nèi)阻、第一補償電容、第二補償電容和電燈泡，其中內(nèi)阻與信號發(fā)生器和第一補償電容相連，第一補償電容和驅(qū)動線圈相連，第二補償電容兩端分別與負(fù)載線圈和負(fù)載相連，電燈泡與負(fù)載并聯(lián)。
[0010]優(yōu)選的，第一補償電容和第二補償電容的電容范圍為15pF-1000pF。
[0011]優(yōu)選的，發(fā)送線圈、增強線圈與接收線圈相對距離可調(diào)，發(fā)送線圈與接收線圈距離范圍為20cm_200cm。
[0012]由以上技術(shù)方案可見，本實用新型實施例提供的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置通過列出線圈模型回路方程，求解方程，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)，計算雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值，得到最強理論耦合點，根據(jù)最強理論耦合點，調(diào)整線圈距離，信號發(fā)生器輸出不同波形的能量傳輸發(fā)生信號和判斷不同波形能量傳輸發(fā)生信號是否達(dá)到諧振點的，對不同波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強耦合點進(jìn)行驗證，從而探究不同波形下不同線圈模型的磁耦合無線能量傳輸特性。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本實用新型實施例提供的第一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例提供的第二種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0017]圖1為本實用新型實施例提供的一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置用于磁耦合無線能量傳輸仿真實驗。裝置包括信號發(fā)生器、負(fù)載、示波器、驅(qū)動線圈、發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈和負(fù)載線圈，其中:信號發(fā)生器與驅(qū)動線圈相連，驅(qū)動線圈與發(fā)送線圈相連，負(fù)載與負(fù)載線圈相連，負(fù)載線圈與接收線圈相連，增強線圈位于發(fā)送線圈與接收線圈之間，發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈同軸;示波器包括四個通道，分別與信號發(fā)生器和負(fù)載兩端相連。
[0018]本實用新型在對磁耦合無線能量傳輸試驗過程中，可進(jìn)行兩線圈、三線圈和四線圈仿真試驗。兩線圈試驗時取出增強線圈、驅(qū)動線圈和負(fù)載線圈即可;三線圈試驗時取出驅(qū)動線圈和負(fù)載線圈即可；四線圈試驗時取出增強線圈即可。
[0019]圖2為本實用新型實施例提供的第三種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置還包括內(nèi)阻、第一補償電容、第二補償電容和電燈泡，其中內(nèi)阻與信號發(fā)生器和第一補償電容相連，第一補償電容和驅(qū)動線圈相連，第二補償電容兩端分別與負(fù)載線圈和負(fù)載相連，電燈泡與負(fù)載并聯(lián)。
[0020]信號發(fā)生器AC可選擇美國安捷倫、美國福祿克、德國德圖、德國賽多利斯等品牌，優(yōu)選Tabor公司wonder wave 5064型信號發(fā)生器，可輸出各種波形。
[0021]第一補償電容和第二補償電容的電容范圍為15pF_1000pF。
[0022]發(fā)送線圈、增強線圈與接收線圈相對距離可調(diào)，發(fā)送線圈與接收線圈距離范圍為20cm-200cm。發(fā)送線圈、增強器、接收線圈三者同軸，并且具有相同的諧振頻率，發(fā)送線圈、增強器與接收線圈三者通過磁場耦合相互作用，發(fā)送線圈與接收線圈之間的距離即為能量的傳輸距離。
[0023]以三線圈模型為例，磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置工作過程為:調(diào)節(jié)電源及驅(qū)動電路的驅(qū)動信號頻率激勵發(fā)送線圈諧振，產(chǎn)生交變磁場。發(fā)送線圈磁場作用于增強器，引起增強器諧振，由于增強器是一個獨立的LC諧振回路，具有很高的品質(zhì)因數(shù)，其可產(chǎn)生更為強大的磁場，以至于增強器與接收線圈之間的距離總是大于增強器與發(fā)送線圈之間的距離。增強器磁場作用于接收線圈，使接收線圈產(chǎn)生諧振，由于三者諧振頻率相同，從而產(chǎn)生共振，將電源的能量傳輸?shù)浇邮站€圈，將燈泡點亮。
[0024]首先，電源經(jīng)過高頻逆變驅(qū)動發(fā)送線圈諧振，將電源能量轉(zhuǎn)換成諧振發(fā)送線圈中的電場能和磁場能，電場能量儲存在電容中，磁場能量儲存在線圈電感中，它們彼此相等，且呈周期性振蕩。
[0025]其次，發(fā)送線圈產(chǎn)生的磁場能量，通過磁場耦合轉(zhuǎn)換成增強器中電場能量，增強器諧振，電場能量和磁場能量在增強器電容和電感之間彼此交換。最后，增強器的磁場能量通過磁場耦合轉(zhuǎn)換成接收線圈中的電場能量，接收線圈諧振，電場能量在接收線圈的電容和電感之間相互交換，電場能量供給燈泡消耗，由于三者諧振頻率相同，產(chǎn)生共振，將能量源源不斷地從電源傳輸?shù)綗襞?。綜上，能量通過共振和磁場耦合在系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸，在整個能量的傳輸過程中，磁場之間的耦合效率決定了能量的傳輸效率，同時也決定了能量的傳輸距離。
[0026]需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括要素的過程、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0027]以上僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
[0028]以上僅是本實用新型的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，用于驗證磁耦合無線能量傳輸仿真實驗，其特征在于，包括信號發(fā)生器、負(fù)載、示波器、驅(qū)動線圈、發(fā)送線圈、增強線圈、接收線圈和負(fù)載線圈，其中: 所述信號發(fā)生器與所述驅(qū)動線圈相連，所述驅(qū)動線圈與所述發(fā)送線圈相連，所述負(fù)載與所述負(fù)載線圈相連，所述負(fù)載線圈與所述接收線圈相連，所述增強線圈位于所述發(fā)送線圈與所述接收線圈之間，所述發(fā)送線圈、所述增強線圈、所述接收線圈同軸;所述示波器包括四個通道，分別與所述信號發(fā)生器和所述負(fù)載兩端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，其特征在于，所述磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置還包括內(nèi)阻、第一補償電容、第二補償電容和電燈泡，其中所述內(nèi)阻與所述信號發(fā)生器和所述第一補償電容相連，所述第一補償電容和所述驅(qū)動線圈相連，所述第二補償電容兩端分別與所述負(fù)載線圈和所述負(fù)載相連，所述電燈泡與所述負(fù)載并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，其特征在于，所述第一補償電容和所述第二補償電容的電容范圍為15pF-1000pF。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁耦合無線能量傳輸仿真實驗裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈、所述增強線圈與所述接收線圈相對距離可調(diào)，所述發(fā)送線圈與所述接收線圈距離范圍為20cm_200cm。
【文檔編號】G09B23/18GK205487042SQ201620126922
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】沈鑫, 馬紅升, 張林山, 曹敏, 黃星, 周年榮, 閆永梅
【申請人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院