專利名稱：基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場(chǎng)、電力系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、材料學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。本實(shí)用新型——基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，根據(jù)無線電能傳輸技術(shù)原理，按照振蕩系統(tǒng)中的耦合模理論，可以求解出不同耦合條件下的能量耦合函數(shù)，并與實(shí)際耦合情況進(jìn)行對(duì)比，能夠準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)電磁耦合諧振系統(tǒng)的能量耦合特性，可以廣泛應(yīng)用于電磁耦合諧振系統(tǒng)的定性分析及實(shí)際設(shè)計(jì)的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
無線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場(chǎng)區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，由無線電能傳輸及耦合模理論，對(duì)電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行求解及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，準(zhǔn)確分析和評(píng)價(jià)不同耦合條件下電能傳輸情況。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，包括有源線圈S將電能通過感應(yīng)的方式加載到諧振線圈Al，諧振線圈Al通過電磁耦合諧振技術(shù)與諧振線圈A2交換能量，然后諧振線圈A2再以感應(yīng)的方式將能量傳送給負(fù)載線圈D，示波器負(fù)責(zé)監(jiān)控源線圈S與負(fù)載線圈D上的波形，根據(jù)耦合模理論求解出不同耦合情況下的時(shí)域解并與示波器結(jié)果進(jìn)行比較。所述的源線圈S通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表明經(jīng)過鍍銀防銹處理后實(shí)現(xiàn)，并與負(fù)載線圈D對(duì)稱同軸放置，加載到源線圈S上的電磁功率頻率可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，其上聯(lián)接有示波器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波形從而間接計(jì)算出線圈能量。所述的諧振線圈Al由銅導(dǎo)體繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與源線圈S同軸向放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負(fù)責(zé)感應(yīng)位于源線圈S上的高頻能量并建立無功近場(chǎng)。諧振線圈Al的品質(zhì)因數(shù)可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整。[0008]所述的諧振線圈A2由銅導(dǎo)體繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與諧振線圈Al同軸向?qū)ΨQ放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負(fù)責(zé)從諧振線圈Al建立的無功近場(chǎng)中吸取能量并傳遞給負(fù)載線圈D。諧振線圈A2的品質(zhì)因數(shù)可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)用新型的基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，通過源線圈S加載高頻電磁功率并以感應(yīng)的方式傳送給諧振線圈Al，能量以電磁耦合諧振的方式傳送給諧振線圈A2，然后再通過感應(yīng)的方式傳送給負(fù)載線圈D，從而使負(fù)載線圈D以無線的方式獲得電能，實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)高效可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng)，將線圈的具體參數(shù)代入耦合模方程組可求出具體的時(shí)域解，從而可以與實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行比較分析。

圖1是電磁耦合諧振系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是同軸放置耦合線圈的結(jié)構(gòu)圖；圖3是不滿足諧振頻率一致條件時(shí)的能量耦合函數(shù)圖；圖4是不滿足耦合速率大于損耗速率條件時(shí)的能量耦合函數(shù)圖；圖5是同時(shí)滿足兩個(gè)交換條件時(shí)的能量耦合函數(shù)圖。其中:1:源線圈S ；2:諧振線圈Al ；3:諧振線圈A2 ；4:負(fù)載線圈D ；5:不波器；MS1:反饋電容;M12:交流旁路電容;M2D:反饋電容Ja1I2:諧振線圈Al的能量；|a2|2:諧振線圈A2的能量；I a」2+ Ia212:諧振線圈上蘊(yùn)含的總能量；P:能量函數(shù)；t(ms):時(shí)間函數(shù)。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，包括有:包括有源線圈S，諧振線圈Al、諧振線圈A2、負(fù)載線圈D與示波器，根據(jù)耦合模理論求解出不同耦合情況下的時(shí)域解并與示波器結(jié)果進(jìn)行比較。如圖2所示，所述的諧振線圈Al在源線圈S獲得高頻電磁功率后以電磁感應(yīng)的方式將能量加載到線圈上，然后再周圍形成無功近場(chǎng)。諧振線圈A2與諧振線圈Al結(jié)構(gòu)一致且同軸放置，二者具有一定的品質(zhì)因數(shù)。因此根據(jù)電磁耦合寫真無線電能傳輸理論，在一定間距時(shí)將發(fā)生能量交換，同時(shí)使負(fù)載線圈D獲得能量。能量傳輸?shù)木嚯x與大小可以通過耦合模理論進(jìn)行定量計(jì)算，并采用示波器配合電流探頭進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。如圖3所示，所述的諧振線圈A2正常工作時(shí)，根據(jù)耦合模理論，振蕩器的振蕩規(guī)律滿足以下方程:
令= MW權(quán)利要求1.基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于包括有新型電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)，包括有源線圈S將電能通過感應(yīng)的方式加載到諧振線圈Al，諧振線圈Al通過電磁耦合諧振技術(shù)與諧振線圈A2交換能量，然后諧振線圈A2再以感應(yīng)的方式將能量傳送給負(fù)載線圈D，示波器負(fù)責(zé)監(jiān)控源線圈S與負(fù)載線圈D上的波形，根據(jù)耦合模理論求解出不同耦合情況下的時(shí)域解并與示波器結(jié)果進(jìn)行比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征還在于，所述的源線圈S通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表明經(jīng)過鍍銀防銹處理后實(shí)現(xiàn)，并與負(fù)載線圈D對(duì)稱同軸放置，加載到源線圈S上的電磁功率頻率可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，其上聯(lián)接有示波器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波形從而間接計(jì)算出線圈能量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征還在于，所述的諧振線圈Al由銅導(dǎo)體繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與源線圈S同軸向放置。
專利摘要本實(shí)用新型是一種基于耦合模理論的能量耦合驗(yàn)證系統(tǒng)，屬于無線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，當(dāng)采用電磁耦合諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)能量的高效傳輸與轉(zhuǎn)換時(shí)，通過本系統(tǒng)可以對(duì)電能傳輸過程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。該裝置采用耦合模理論為依據(jù)，根據(jù)設(shè)定的初始振蕩條件得出無線電能傳輸過程的振蕩器時(shí)域解，從而對(duì)傳輸過程進(jìn)行定性分析。主要包括有源線圈S，諧振線圈A1，諧振線圈A2，負(fù)載線圈D，示波器。本實(shí)用新型可為數(shù)米范圍內(nèi)的負(fù)載高效的無線電能傳輸過程進(jìn)行準(zhǔn)確分析和評(píng)價(jià)，具有操作簡(jiǎn)便與高效準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202918068SQ20122055288
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張獻(xiàn), 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)