愛華網(wǎng)???? 1、引言 二十世紀(jì)早期Nikola Tesl最早提出通過電場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，如今在無線電發(fā)展100多年后，無線充電技術(shù)再次受到關(guān)注。本設(shè)計(jì)線圈采用電磁共振式，即主要研究磁耦合諧振式輸能技術(shù)，是對(duì)感應(yīng)式的突破，可以在幾十厘米到幾米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效能量傳輸，一旦取得突破將改變?nèi)藗兊挠秒姺绞?，其?yīng)用前景非常好。 2、機(jī)理分析 利用強(qiáng)磁耦合進(jìn)行無線能量傳輸基于共振耦合原理,即：兩個(gè)具有相同振動(dòng)頻率的物體往往趨向于共振，并且與環(huán)境中的其他非共振物體相互作用很弱。我們?cè)敿?xì)研究、比較了各種電磁耦合模式后，采用長(zhǎng)壽命的共振電磁模式，其耦合機(jī)制是通過疊加兩個(gè)非輻射近場(chǎng)，通過這種模式可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)近場(chǎng)物體的有效耦合，實(shí)現(xiàn)中距離的無線電力傳輸。這里，我們重點(diǎn)研究了如何有效的利用這種磁場(chǎng)共振模式。由于RLC諧振是電磁場(chǎng)中的典型共振方式，我們采用電容負(fù)載導(dǎo)線環(huán)來實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)共振模式。 導(dǎo)線繞制的線圈可視為電感，與電容相連構(gòu)成諧振體，諧振體包含的能量在電場(chǎng)與磁場(chǎng)間以其自諧振頻率在空間自由震蕩，產(chǎn)生以兩個(gè)線圈為中心以空氣為媒質(zhì)的時(shí)變磁場(chǎng)。當(dāng)受端線圈帶上電力負(fù)載時(shí)，電能就能通過中間的磁場(chǎng)能源源不斷地從原線圈傳輸?shù)截?fù)載。
3、系統(tǒng)原理 圖1是基本的實(shí)驗(yàn)原理圖，圖中將通過電能變換得到的高頻交流電加在由繞制線圈和電容組成的源諧振體上，接受端用一個(gè)相同參數(shù)的諧振體并聯(lián)上一個(gè)電阻，其中電阻是電力負(fù)荷的等效。 圖三為軟件設(shè)計(jì)的流程圖，軟件的輸出是優(yōu)化設(shè)計(jì)的電源等效電壓，系統(tǒng)諧振頻率以及線圈的半徑和匝數(shù)。設(shè)計(jì)過程中基本的參數(shù)計(jì)算采用前述章節(jié)提出的公示，尋優(yōu)過程主要基于以下三個(gè)條件：阻抗是否匹配，電源電壓是否匹配，傳輸效率是否符合要求。當(dāng)以上三個(gè)條件得到滿足時(shí)，再判定是否滿足強(qiáng)磁耦合模式的條件。當(dāng)以上的判定條件都得到滿足時(shí)，輸出優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)確立基本參數(shù)。 5、設(shè)計(jì)效果 本文繞制的線圈所用的漆包線線徑是1.5mm，繞制圈數(shù)為4匝，直徑為32cm.通過設(shè)計(jì)的MATLAB程序得出在0.8MHZ下匹配的電容值為2.2nF，線圈電感為18.3uH。這兩諧振體在發(fā)射頻率達(dá)到0.8MHZ時(shí)產(chǎn)生諧振，在50cm處接收線圈感應(yīng)出的電壓能達(dá)到5v。 本文通過對(duì)強(qiáng)磁耦合公式的推導(dǎo)，建立起系統(tǒng)框圖，得出系統(tǒng)磁耦合等效電路圖，根據(jù)耦合模公式，設(shè)計(jì)出計(jì)算耦合線圈參數(shù)程序，根據(jù)此程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出的耦合諧振體，設(shè)計(jì)理論值與實(shí)際值基本一致，論證了本文設(shè)計(jì)模型與軟件計(jì)算結(jié)果的有效性。本文耦合諧振線圈設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，利于實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)與推廣。
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