CN205487042U - 一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置，用于验证磁耦合无线能量传输仿真实验，包括信号发生器、负载、示波器、驱动线圈、发送线圈、增强线圈、接收线圈和负载线圈，其中：信号发生器与驱动线圈相连，驱动线圈与发送线圈相连，负载与负载线圈相连，负载线圈与接收线圈相连，增强线圈位于发送线圈与接收线圈之间，发射线圈、增强线圈、接收线圈同轴；示波器包括四个通道，分别与信号发生器和负载两端相连。本实用新型可以对不同波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证，从而探究不同波形下不同线圈模型的磁耦合无线能量传输特性。

Description

一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置

技术领域

本实用新型涉及电学实验技术领域，特别是涉及一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置。

背景技术

无线能量传输技术大致包括电磁波无线能量传输技术、感应耦合式无线能量传输技术和磁耦合共振式无线能量传输技术。其中，电磁波无线能量传输技术、感应耦合式无线能量传输技术传输距离和功率的限制比较大。磁耦合共振式无线能量传输技术以磁场作为传输介质，通过共振建立发射与接收装置之间的传递通道，从而有效地传输能量。利用磁耦合共振式无线能量传输技进行能量传输，不但可以提高传输的功率与效率，而且理论上可以将传输的距离提高到1到2米且不会受到空间障碍物的影响。

现有技术中的磁耦合无线能量传输仿真实验，利用耦合模理论和谐振电路特性，分析磁耦合谐振式无线供电在辐射近场共振耦合的本质特性和规律，再结合理论分析结果，利用电磁仿真软件仿真计算功能建立分析模型，通过仿真计算得到了谐振频率和线圈材料与品质因数的关系曲线。

然而，现有的磁耦合无线能量传输仿真实验，无法根据理论分析结果，对不同波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证，从而探究不同波形下不同线圈模型的磁耦合无线能量传输特性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置，以解决现有技术中磁耦合无线能量传输仿真实验无法根据理论分析结果，对不同波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了如下技术方案：

一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置，用于验证磁耦合无线能量传输仿真实验，包括信号发生器、负载、示波器、驱动线圈、发送线圈、增强线圈、接收线圈和负载线圈，其中：

信号发生器与驱动线圈相连，驱动线圈与发送线圈相连，负载与负载线圈相连，负载线圈与接收线圈相连，增强线圈位于发送线圈与接收线圈之间，发送线圈、增强线圈、 接收线圈同轴；示波器包括四个通道，分别与信号发生器和负载两端相连。

优选的，磁耦合无线能量传输仿真实验装置还包括内阻、第一补偿电容、第二补偿电容和电灯泡，其中内阻与信号发生器和第一补偿电容相连，第一补偿电容和驱动线圈相连，第二补偿电容两端分别与负载线圈和负载相连，电灯泡与负载并联。

优选的，第一补偿电容和第二补偿电容的电容范围为15pF-1000pF。

优选的，发送线圈、增强线圈与接收线圈相对距离可调，发送线圈与接收线圈距离范围为20cm-200cm。

由以上技术方案可见，本实用新型实施例提供的磁耦合无线能量传输仿真实验装置通过列出线圈模型回路方程，求解方程，得到双端口网络散射参数，计算双端口网络散射参数最大值，得到最强理论耦合点，根据最强理论耦合点，调整线圈距离，信号发生器输出不同波形的能量传输发生信号和判断不同波形能量传输发生信号是否达到谐振点的，对不同波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证，从而探究不同波形下不同线圈模型的磁耦合无线能量传输特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的第一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第二种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意图，磁耦合无线能量传输仿真实验装置用于磁耦合无线能量传输仿真实验。装置包括信号发生器、负载、示波器、驱动线圈、发送线圈、增强线圈、接收线圈和负载线圈，其 中：信号发生器与驱动线圈相连，驱动线圈与发送线圈相连，负载与负载线圈相连，负载线圈与接收线圈相连，增强线圈位于发送线圈与接收线圈之间，发送线圈、增强线圈、接收线圈同轴；示波器包括四个通道，分别与信号发生器和负载两端相连。

本实用新型在对磁耦合无线能量传输试验过程中，可进行两线圈、三线圈和四线圈仿真试验。两线圈试验时取出增强线圈、驱动线圈和负载线圈即可；三线圈试验时取出驱动线圈和负载线圈即可；四线圈试验时取出增强线圈即可。

图2为本实用新型实施例提供的第三种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意图，由图可见，磁耦合无线能量传输仿真实验装置还包括内阻、第一补偿电容、第二补偿电容和电灯泡，其中内阻与信号发生器和第一补偿电容相连，第一补偿电容和驱动线圈相连，第二补偿电容两端分别与负载线圈和负载相连，电灯泡与负载并联。

信号发生器AC可选择美国安捷伦、美国福禄克、德国德图、德国赛多利斯等品牌，优选Tabor公司wonder wave 5064型信号发生器，可输出各种波形。

第一补偿电容和第二补偿电容的电容范围为15pF-1000pF。

发送线圈、增强线圈与接收线圈相对距离可调，发送线圈与接收线圈距离范围为20cm-200cm。发送线圈、增强器、接收线圈三者同轴，并且具有相同的谐振频率，发送线圈、增强器与接收线圈三者通过磁场耦合相互作用，发送线圈与接收线圈之间的距离即为能量的传输距离。

以三线圈模型为例，磁耦合无线能量传输仿真实验装置工作过程为：调节电源及驱动电路的驱动信号频率激励发送线圈谐振，产生交变磁场。发送线圈磁场作用于增强器，引起增强器谐振，由于增强器是一个独立的LC谐振回路，具有很高的品质因数，其可产生更为强大的磁场，以至于增强器与接收线圈之间的距离总是大于增强器与发送线圈之间的距离。增强器磁场作用于接收线圈，使接收线圈产生谐振，由于三者谐振频率相同，从而产生共振，将电源的能量传输到接收线圈，将灯泡点亮。

首先，电源经过高频逆变驱动发送线圈谐振，将电源能量转换成谐振发送线圈中的电场能和磁场能，电场能量储存在电容中，磁场能量储存在线圈电感中，它们彼此相等，且呈周期性振荡。

其次，发送线圈产生的磁场能量，通过磁场耦合转换成增强器中电场能量，增强器谐振，电场能量和磁场能量在增强器电容和电感之间彼此交换。最后，增强器的磁场能量通过磁场耦合转换成接收线圈中的电场能量，接收线圈谐振，电场能量在接收线圈的电容和电感之间相互交换，电场能量供给灯泡消耗，由于三者谐振频率相同，产生共振，将能量源源不断地从电源传输到灯泡。综上，能量通过共振和磁场耦合在***中进行传输，在整个能量的传输过程中，磁场之间的耦合效率决定了能量的传输效率，同时也决 定了能量的传输距离。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置，用于验证磁耦合无线能量传输仿真实验，其特征在于，包括信号发生器、负载、示波器、驱动线圈、发送线圈、增强线圈、接收线圈和负载线圈，其中：

所述信号发生器与所述驱动线圈相连，所述驱动线圈与所述发送线圈相连，所述负载与所述负载线圈相连，所述负载线圈与所述接收线圈相连，所述增强线圈位于所述发送线圈与所述接收线圈之间，所述发送线圈、所述增强线圈、所述接收线圈同轴；所述示波器包括四个通道，分别与所述信号发生器和所述负载两端相连。

2.根据权利要求1所述的磁耦合无线能量传输仿真实验装置，其特征在于，所述磁耦合无线能量传输仿真实验装置还包括内阻、第一补偿电容、第二补偿电容和电灯泡，其中所述内阻与所述信号发生器和所述第一补偿电容相连，所述第一补偿电容和所述驱动线圈相连，所述第二补偿电容两端分别与所述负载线圈和所述负载相连，所述电灯泡与所述负载并联。

3.根据权利要求2所述的磁耦合无线能量传输仿真实验装置，其特征在于，所述第一补偿电容和所述第二补偿电容的电容范围为15pF-1000pF。

4.根据权利要求1所述的磁耦合无线能量传输仿真实验装置，其特征在于，所述发送线圈、所述增强线圈与所述接收线圈相对距离可调，所述发送线圈与所述接收线圈距离范围为20cm-200cm。