專利名稱：信號波形對諧振感應無線能量傳輸效率影響的驗證方法
技術領域：
本發明涉及無線電能量傳輸技術領域，尤其是涉及一種信號波形對諧振感應無線能量傳輸效率影響的驗證方法。
背景技術：
磁耦合諧振式無線能量傳輸技術是國內外學術界和工業界開始探索的一個新領域，集電磁場、電力電子、高頻電子、電磁感應、耦合理論等多學科交叉的基礎研究與應用研究，屬于世界上電能輸送領域的前沿課題。諧振式能量傳輸技術，是利用兩個具有相同的特定諧振頻率的電磁系統，在相距一定的距離時，由于電磁耦合產生諧振，進行能量傳遞。一般來說，兩個有一定距離的電磁系統，相互之間是弱耦合，但若兩個系統的固有諧振頻率相同，則會產生強磁諧振，如果一方不斷為系統提供能量，而另一方消耗能量，則實現了能量的傳輸。磁耦合諧振式無線能量傳輸技術與感應式無線能量傳輸技術不同之處在于該技術融合了共振技術，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，該技術不像微波對人體產生危害，由于人體作為非磁性物體，暴露在強磁場環境中不會有任何影響，再則，該技術實現能量傳輸的基本原理是共振，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。隨著科技的發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生產領域，由于特殊的現場作業條件難以依靠架設電線的傳統方式供電。在電力輸送方面，山頭的基站、孤立的島嶼等特殊的地段，傳統的輸電方式也很難滿足其供電需求。因此，發展無線電能量傳輸技術的重要性日益突顯出來。目前，根據無線能量傳輸原理，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、感應式無線能量傳輸技術、磁耦合諧振式無線能量傳輸技術。電磁波無線能量傳輸技術直接利用了電磁波能量可以通過天線發送和接收的原理，該技術可以實現極高功率的無線傳輸，但是在能量傳輸過程中，發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，所以該技術一般應用于特殊場合，如低軌道軍用衛星。感應式無線能量傳輸技術主要利用電磁感應原理，采用松耦合變壓器或者可分離變壓器方式實現能量無線傳輸。由于該技術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備如手機等無線充電到目前并不普及。
發明內容
為解決現有技術的問題，本發明提出了一種信號波形對諧振感應無線能量傳輸效率影響的驗證方法。本發明的技術方案為一種信號波形對諧振感應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，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，COci為諧振頻率，μ ^為真空磁導率，C為線路電容；然后將發送線圈的各種發生信號波形的信號頻率均設在能量傳輸諧振點上，設各種發生信號波形的幅值相同；對每種發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送線圈的發送功率比值得到傳輸效率，根據傳輸效率得到驗證結果。而且，所述發送線圈的發送功率的獲取方式為，先采取固定信號發生器輸出電壓，不接發送線圈使用示波器測量此時的電壓有效值，再接入發送線圈并使用示波器測量發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阻計算出發送線圈電流，然后得到發送線圈的發送功率。而且，發送線圈的發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送回路、接收回路和示波器，發送回路包括串聯的信號發生器、發送線圈及發送電容，信號發生器與示波器相連；接收回路包括串聯的接收線圈、接收電容及負載，負載兩端并聯燈泡，接收線圈與接收電容串聯后連接示波器。
針對一個中距離的無線能量傳輸系統，本發明采用磁耦合諧振感應方式進行能量傳遞，在經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，發現偏差不大，在無線能量傳輸過程中，在發送端的輸入信號的波形變化會影響整個系統的傳輸效率。本文針對諧振感應式無線能量傳輸系統，提出了選擇方波、正弦波及三角波三種典型的波形作為發送線圈的輸入信號進行實驗，得出結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是本發明實施例的線圈簡易示意圖。圖2是本發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是本發明實施例的無線能量傳輸簡單示意圖。圖4是本發明實施例的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合附圖和實施例詳細說明本發明技術方案。在磁耦合諧振式無線能量傳輸系統中，傳輸效率控制是一個關鍵技術問題，在優化發送線圈線徑，繞圈直徑，線圈材質等的同時，還需要考慮到發送線圈輸入驅動信號的類型問題。本發明所研究的對象主要為中等距離范圍(一般指Im至IOm左右)的諧振感應無線能量傳輸，影響諧振感應無線能量傳輸的變量有很多，實施例對發生信號波形對能量傳輸的影響進行了分析，并進行實驗驗證。基本理論分析:在圖1中，其中K12表示線圈間的耦合參數，發送端的等效電路包括串聯的信號發生器電源AC、發送線圈內阻、發送線圈電感和發送線圈電容，接收端的等效電路包括串聯的接收線圈內阻、接收線圈電感和接收線圈電容，發送線圈內阻和接受線圈內阻相等即R，發送線圈電感和接收線圈電感相等即L，發送線圈電容和接收線圈電容相等即C。設t表示時間，s表示復變量，T1, T2為時間常數，本發明可以分析得到接收端數學模型如下:
權利要求
1.一種信號波形對諧振感應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，采用以下公式求取能量傳輸諧振點ω r,
2.根據權利要求1所述信號波形對諧振感應無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:所述發送線圈的發送功率的獲取方式為，先采取固定信號發生器輸出電壓，不接發送線圈使用示波器測量此時的電壓有效值，再接入發送線圈并使用示波器測量發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阻計算出發送線圈電流，然后得到發送線圈的發送功率。
3.根據權利要求2所述信號波形對諧振感應無線能量傳輸效率影響的驗證方法，其特征在于:發送線圈的發生信號波形包括方波、三角波和正弦波。
4.根據權利要求1或2或3所述信號波形對諧振感應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送回路、接收回路和示波器， 發送回路包括串聯的信號發生器、發送線圈及發送電容，信號發生器與示波器相連；接收回路包括串聯的接收線圈、接收電容及負載，負載兩端并聯燈泡，接收線圈與接收電容串聯后連接示波器。
全文摘要
本發明提供一種信號波形對諧振感應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，本發明采用磁耦合諧振感應方式進行能量傳遞，在經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，發現偏差不大，在無線能量傳輸過程中，在發送端的輸入信號的波形變化會影響整個系統的傳輸效率。
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 優先權日2013年1月31日
發明者謝雄威, 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:廣西電網公司電力科學研究院
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