專利名稱：信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法。
背景技術(shù)：
磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)是國內(nèi)外學術(shù)界和工業(yè)界開始探索的一個新領(lǐng)域，集電磁場、電力電子、高頻電子、電磁感應(yīng)、耦合理論等多學科交叉的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，屬于世界上電能輸送領(lǐng)域的前沿課題。諧振式能量傳輸技術(shù)，是利用兩個具有相同的特定諧振頻率的電磁系統(tǒng)，在相距一定的距離時，由于電磁耦合產(chǎn)生諧振，進行能量傳遞。一般來說，兩個有一定距離的電磁系統(tǒng)，相互之間是弱耦合，但若兩個系統(tǒng)的固有諧振頻率相同，則會產(chǎn)生強磁諧振，如果一方不斷為系統(tǒng)提供能量，而另一方消耗能量，則實現(xiàn)了能量的傳輸。磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)與感應(yīng)式無線能量傳輸技術(shù)不同之處在于該技術(shù)融合了共振技術(shù)，不僅提高了能量的傳輸距離，而且提高了能量的傳輸效率。另外，該技術(shù)不像微波對人體產(chǎn)生危害，由于人體作為非磁性物體，暴露在強磁場環(huán)境中不會有任何影響，再則，該技術(shù)實現(xiàn)能量傳輸?shù)幕驹硎枪舱?，只有諧振頻率相同的諧振體才有可能受到影響，所以不必擔心其對人體及周圍物體產(chǎn)生危害。所謂無線電能傳輸(WirelessPowerTransmission, WPT)是借助于電磁場或電磁波進行能量傳遞的一種技術(shù)。隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，手機、筆記本等移動的電器越來越多地走進了居民日常生活，而這些設(shè)備的有線充電給人們造成了諸多不便，在石油和采礦等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，由于特殊的現(xiàn)場作業(yè)條件難以依靠架設(shè)電線的傳統(tǒng)方式供電。在電力輸送方面，山頭的基站、孤立的島嶼等特殊的地段，傳統(tǒng)的輸電方式也很難滿足其供電需求。因此，發(fā)展無線電能量傳輸技術(shù)的重要性日益突顯出來。目前，根據(jù)無線能量傳輸原理，可將無線能量傳輸方式分為三類:電磁波無線能量傳輸技術(shù)、感應(yīng)式無線能量傳輸技術(shù)、磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)。電磁波無線能量傳輸技術(shù)直接利用了電磁波能量可以通過天線發(fā)送和接收的原理，該技術(shù)可以實現(xiàn)極高功率的無線傳輸，但是在能量傳輸過程中，發(fā)送器必須對準接收器，能量傳輸受方向限制，并且不能繞過或穿過障礙物，微波在空氣中的損耗也大，效率低，對人體和其他生物都有嚴重傷害，所以該技術(shù)一般應(yīng)用于特殊場合，如低軌道軍用衛(wèi)星。感應(yīng)式無線能量傳輸技術(shù)主要利用電磁感應(yīng)原理，采用松耦合變壓器或者可分離變壓器方式實現(xiàn)能量無線傳輸。由于該技術(shù)的傳輸距離太近并不能把人民從電線的束縛中解放出來，給人們生活帶來方便，所以為小功率移動設(shè)備如手機等無線充電到目前并不普及。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，對一個無線能量傳輸系統(tǒng)，采用以下公式求取能量傳輸諧振點ω r,mf, = ω φ-2ξ2,0 < ξ < I式中N為耦合的線圈匝數(shù)，COci為諧振頻率，μ ^為真空磁導(dǎo)率，C為線路電容；然后將發(fā)送線圈的各種發(fā)生信號波形的信號頻率均設(shè)在能量傳輸諧振點上，設(shè)各種發(fā)生信號波形的幅值相同；對每種發(fā)生信號波形采用實驗電路進行驗證，包括使用示波器檢測在能量傳輸諧振點上接收線圈的輸出電壓，記錄輸出電壓有效值，并計算出接收線圈的消耗功率，求取接收線圈的消耗功率與發(fā)送線圈的發(fā)送功率比值得到傳輸效率，根據(jù)傳輸效率得到驗證結(jié)果。而且，所述發(fā)送線圈的發(fā)送功率的獲取方式為，先采取固定信號發(fā)生器輸出電壓，不接發(fā)送線圈使用示波器測量此時的電壓有效值，再接入發(fā)送線圈并使用示波器測量發(fā)送線圈兩端的電壓有效值，利用兩個電壓有效值的壓降除以內(nèi)阻計算出發(fā)送線圈電流，然后得到發(fā)送線圈的發(fā)送功率。而且，發(fā)送線圈的發(fā)生信號波形包括方波、三角波和正弦波。而且，所述實驗電路包括發(fā)送回路、接收回路和示波器，發(fā)送回路包括串聯(lián)的信號發(fā)生器、發(fā)送線圈及發(fā)送電容，信號發(fā)生器與示波器相連；接收回路包括串聯(lián)的接收線圈、接收電容及負載，負載兩端并聯(lián)燈泡，接收線圈與接收電容串聯(lián)后連接示波器。
針對一個中距離的無線能量傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明采用磁耦合諧振感應(yīng)方式進行能量傳遞，在經(jīng)過理論計算后可以尋找到一個合適的能量傳輸諧振點，并用實驗進行驗證，發(fā)現(xiàn)偏差不大，在無線能量傳輸過程中，在發(fā)送端的輸入信號的波形變化會影響整個系統(tǒng)的傳輸效率。本文針對諧振感應(yīng)式無線能量傳輸系統(tǒng)，提出了選擇方波、正弦波及三角波三種典型的波形作為發(fā)送線圈的輸入信號進行實驗，得出結(jié)論是不同波形輸入信號對無線能量傳輸效率影響是不同的。其中方波作為發(fā)生信號時傳輸效率最大，三角波的傳輸效率最小。
圖1是本發(fā)明實施例的線圈簡易示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的輸入波形信號圖，其中圖2a為方波波形圖，圖2b為三角波波形圖，圖2c為正弦波波形圖。圖3是本發(fā)明實施例的無線能量傳輸簡單示意圖。圖4是本發(fā)明實施例的3種波形信號無線能量傳輸輸出電壓對比圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案。在磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)中，傳輸效率控制是一個關(guān)鍵技術(shù)問題，在優(yōu)化發(fā)送線圈線徑，繞圈直徑，線圈材質(zhì)等的同時，還需要考慮到發(fā)送線圈輸入驅(qū)動信號的類型問題。本發(fā)明所研究的對象主要為中等距離范圍(一般指Im至IOm左右)的諧振感應(yīng)無線能量傳輸，影響諧振感應(yīng)無線能量傳輸?shù)淖兞坑泻芏?，實施例對發(fā)生信號波形對能量傳輸?shù)挠绊戇M行了分析，并進行實驗驗證?；纠碚摲治?在圖1中，其中K12表示線圈間的耦合參數(shù)，發(fā)送端的等效電路包括串聯(lián)的信號發(fā)生器電源AC、發(fā)送線圈內(nèi)阻、發(fā)送線圈電感和發(fā)送線圈電容，接收端的等效電路包括串聯(lián)的接收線圈內(nèi)阻、接收線圈電感和接收線圈電容，發(fā)送線圈內(nèi)阻和接受線圈內(nèi)阻相等即R，發(fā)送線圈電感和接收線圈電感相等即L，發(fā)送線圈電容和接收線圈電容相等即C。設(shè)t表示時間，s表示復(fù)變量，T1, T2為時間常數(shù)，本發(fā)明可以分析得到接收端數(shù)學模型如下:
權(quán)利要求
1.一種信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:對一個無線能量傳輸系統(tǒng)，采用以下公式求取能量傳輸諧振點ω r,
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:所述發(fā)送線圈的發(fā)送功率的獲取方式為，先采取固定信號發(fā)生器輸出電壓，不接發(fā)送線圈使用示波器測量此時的電壓有效值，再接入發(fā)送線圈并使用示波器測量發(fā)送線圈兩端的電壓有效值，利用兩個電壓有效值的壓降除以內(nèi)阻計算出發(fā)送線圈電流，然后得到發(fā)送線圈的發(fā)送功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:發(fā)送線圈的發(fā)生信號波形包括方波、三角波和正弦波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:所述實驗電路包括發(fā)送回路、接收回路和示波器， 發(fā)送回路包括串聯(lián)的信號發(fā)生器、發(fā)送線圈及發(fā)送電容，信號發(fā)生器與示波器相連；接收回路包括串聯(lián)的接收線圈、接收電容及負載，負載兩端并聯(lián)燈泡，接收線圈與接收電容串聯(lián)后連接示波器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種信號波形對諧振感應(yīng)無線能量傳輸效率影響的驗證方法，針對一個中距離的無線能量傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明采用磁耦合諧振感應(yīng)方式進行能量傳遞，在經(jīng)過理論計算后可以尋找到一個合適的能量傳輸諧振點，并用實驗進行驗證，發(fā)現(xiàn)偏差不大，在無線能量傳輸過程中，在發(fā)送端的輸入信號的波形變化會影響整個系統(tǒng)的傳輸效率。
文檔編號G01R21/06GK103105526SQ20131003758
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者謝雄威, 周洪, 高立克, 胡文山, 周柯, 鄧其軍, 吳智丁, 江朝強, 祝文姬, 李克文, 俞小勇, 吳麗芳, 李珊, 吳劍豪 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院
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