[实用新型]基于耦合模理论的能量耦合验证系统

说明书

技术领域

无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科强交叉的新的研究领域，涵盖电磁场、电力系统、电力电子技术、控制技术、材料学、物理学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。

本实用新型——基于耦合模理论的能量耦合验证系统，根据无线电能传输技术原理，按照振荡系统中的耦合模理论，可以求解出不同耦合条件下的能量耦合函数，并与实际耦合情况进行对比，能够准确的分析和评价电磁耦合谐振系统的能量耦合特性，可以广泛应用于电磁耦合谐振系统的定性分析及实际设计的场合。

背景技术

无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，由无线电能传输及耦合模理论，对电磁耦合谐振式无线电能传输系统进行求解及实验验证，准确分析和评价不同耦合条件下电能传输情况。

本实用新型所采用的技术方案是：基于耦合模理论的能量耦合验证系统，包括有源线圈S将电能通过感应的方式加载到谐振线圈A1，谐振线圈A1通过电磁耦合谐振技术与谐振线圈A2交换能量，然后谐振线圈A2再以感应的方式将能量传送给负载线圈D，示波器负责监控源线圈S与负载线圈D上的波形，根据耦合模理论求解出不同耦合情况下的时域解并与示波器结果进行比较。

所述的源线圈S通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，并与负载线圈D对称同轴放置，加载到源线圈S上的电磁功率频率可根据实际情况进行调整，其上联接有示波器以实时监测电压波形从而间接计算出线圈能量。

所述的谐振线圈A1由铜导体绕制成螺旋结构并与源线圈S同轴向放置，螺旋结构的匝数、半径及匝间距根据具体的工作频率确定，负责感应位于源线圈S上的高频能量并建立无功近场。谐振线圈A1的品质因数可以根据要求进行调整。

所述的谐振线圈A2由铜导体绕制成螺旋结构并与谐振线圈A1同轴向对称放置，螺旋结构的匝数、半径及匝间距根据具体的工作频率确定，负责从谐振线圈A1建立的无功近场中吸取能量并传递给负载线圈D。谐振线圈A2的品质因数可以根据要求进行调整。

本实用新型的基于耦合模理论的能量耦合验证系统，通过源线圈S加载高频电磁功率并以感应的方式传送给谐振线圈A1，能量以电磁耦合谐振的方式传送给谐振线圈A2，然后再通过感应的方式传送给负载线圈D，从而使负载线圈D以无线的方式获得电能，实现数米范围内高效可靠稳定的电力供应，将线圈的具体参数代入耦合模方程组可求出具体的时域解，从而可以与实际系统进行比较分析。

附图说明

图1是电磁耦合谐振系统的整体结构图；

图2是同轴放置耦合线圈的结构图；

图3是不满足谐振频率一致条件时的能量耦合函数图；

图4是不满足耦合速率大于损耗速率条件时的能量耦合函数图；

图5是同时满足两个交换条件时的能量耦合函数图。

其中：

1：源线圈S；2：谐振线圈A1；3：谐振线圈A2；4：负载线圈D；5：示波器；M_S1：反馈电容；M₁₂：交流旁路电容；M_2D：反馈电容；|a₁|²：谐振线圈A1的能量；|a₂|²：谐振线圈A2的能量；|a₁|²+|a₂|²：谐振线圈上蕴含的总能量；P：能量函数；t(ms)：时间函数。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本实用新型的基于耦合模理论的能量耦合验证系统做出详细说明。