基於耦合模理論的能量耦合驗證系統的製作方法
2023-10-18 17:42:49 1
專利名稱：基於耦合模理論的能量耦合驗證系統的製作方法
基於耦合模理論的能量耦合驗證系統技術領域
無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，是集基礎研究與應用研究為一體的前沿課題，是當前國內外學術界和工業界探索的一個多學科強交叉的新的研究領域，涵蓋電磁場、電力系統、電力電子技術、控制技術、材料學、物理學、信息技術等諸多技術領域。採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，實現電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發展前景。
本發明——基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，根據無線電能傳輸技術原理， 按照振蕩系統中的耦合模理論，可以求解出不同耦合條件下的能量耦合函數，並與實際耦合情況進行對比，能夠準確的分析和評價電磁耦合諧振系統的能量耦合特性，可以廣泛應用於電磁耦合諧振系統的定性分析及實際設計的場合。
背景技術：
無線電能傳輸技術大致可分為三種第一種為感應稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進行傳能，發射端與接收端一般存在降低迴路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質因數的諧振器上電感與分布式電容發生諧振傳輸能量。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術中電能被轉換為微波形式，傳輸距離超過數千米，可實現電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場區域能量具有非輻射的特點，該技術有較好的安全性，因此目前得到很大的關注和研究。發明內容
本發明所要解決的技術問題是，根據無線電能傳輸及耦合模理論，對電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統進行求解及實驗驗證，準確的分析和評價不同耦合條件下電能傳輸情況。
本發明所採用的技術方案是基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，包括有源線圈S將電能通過感應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與諧振線圈A2交換能量，然後諧振線圈A2再以感應的方式將能量傳送給負載線圈D，示波器負責監控源線圈S與負載線圈D上的波形，根據耦合模理論求解出不同耦合情況下的時域解並與示波器結果進行比較。
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過鍍銀防鏽處理後實現，並與負載線圈D對稱同軸放置，加載到源線圈S上的電磁功率頻率可根據實際情況進行調整，其上聯接有示波器以實時監測電壓波形從而間接計算出線圈能量。
所述的諧振線圈Al由銅導體繞製成螺旋結構並與源線圈S同軸向放置，螺旋結構的匝數、半徑及匝間距根據具體的工作頻率確定，負責感應位於源線圈S上的高頻能量並建立無功近場。諧振線圈Al的品質因數可以根據要求進行調整。
所述的諧振線圈A2由銅導體繞製成螺旋結構並與諧振線圈Al同軸向對稱放置， 螺旋結構的匝數、半徑及匝間距根據具體的工作頻率確定，負責從諧振線圈Al建立的無功近場中吸取能量並傳遞給負載線圈D。諧振線圈A2的品質因數可以根據要求進行調整。
本發明的基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，通過源線圈S加載高頻電磁功率並以感應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，然後再通過感應的方式傳送給負載線圈D，從而使負載線圈D以無線的方式獲得電能，實現數米範圍內高效可靠穩定的電力供應，將線圈的具體參數代入耦合模方程組可求出具體的時域解，從而可以與實際系統進行比較分析。
圖I是電磁耦合諧振系統的整體結構圖2是同軸放置耦合線圈的結構圖3是不滿足諧振頻率一致條件時的能量耦合函數圖；
圖4是不滿足耦合速率大於損耗速率條件時的能量耦合函數圖5是同時滿足兩個交換條件時的能量耦合函數圖。
其中
I :源線圈S ；2 :諧振線圈Al ；3 :諧振線圈Α2 ；4 :負載線圈D ；5 ；:不波器;MS1電容;μ12:交流芳路電各;M2D :反饋電各；I S112 :諧振線圈Al的能量；I a212 :諧振線圈倉糧；I B1|2+|a2|2 :諧振線圈上蘊含的總能量；P :能量函數；t(ms):時間函數。
具體實施方式
下面結合實例和附圖對本發明的基於耦合模理論的能量耦合驗證系統做出詳細說明。
如圖I所示，本發明的基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，包括有包括有源線圈S，諧振線圈Al、諧振線圈A2、負載線圈D與示波器，根據耦合模理論求解出不同耦合情況下的時域解並與示波器結果進行比較。
如圖2所示，所述的諧振線圈Al在源線圈S獲得高頻電磁功率後以電磁感應的方式將能量加載到線圈上，然後再周圍形成無功近場。諧振線圈A2與諧振線圈Al結構一致且同軸放置，二者具有一定的品質因數。因此根據電磁耦合寫真無線電能傳輸理論，在一定間距時將發生能量交換，同時使負載線圈D獲得能量。能量傳輸的距離與大小可以通過耦合模理論進行定量計算，並採用示波器配合電流探頭進行實際測量。
如圖3所示，所述的諧振線圈A2正常工作時，根據耦合模理論，振蕩器的振蕩規律滿足以下方程
權利要求
1.基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，其特徵在於包括有新型電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統，包括有源線圈S將電能通過感應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與諧振線圈A2交換能量，然後諧振線圈A2再以感應的方式將能量傳送給負載線圈D，示波器負責監控源線圈S與負載線圈D上的波形，根據耦合模理論求解出不同耦合情況下的時域解並與示波器結果進行比較。
2.根據權利要求I所述的基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，其特徵還在於，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過鍍銀防鏽處理後實現，並與負載線圈D對稱同軸放置，加載到源線圈S上的電磁功率頻率可根據實際情況進行調整，其上聯接有示波器以實時監測電壓波形從而間接計算出線圈能量。
3.根據權利要求I所述的基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，其特徵還在於，所述的諧振線圈Al由銅導體繞製成螺旋結構並與源線圈S同軸向放置。
全文摘要
本發明是一種基於耦合模理論的能量耦合驗證系統，屬於無線電能傳輸與轉換範疇，當採用電磁耦合諧振技術實現數米範圍內能量的高效傳輸與轉換時，通過本系統可以對電能傳輸過程進行分析和評價。該裝置採用耦合模理論為依據，根據設定的初始振蕩條件得出無線電能傳輸過程的振蕩器時域解，從而對傳輸過程進行定性分析。主要包括有源線圈S，諧振線圈A1，諧振線圈A2，負載線圈D，示波器。本發明可為數米範圍內的負載高效的無線電能傳輸過程進行準確分析和評價，具有操作簡便與高效準確等優點。
文檔編號H02J17/00GK102916499SQ201210413788
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者張獻, 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請人:天津工業大學