一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線能量傳輸技術(shù)大致包括電磁波無線能量傳輸技術(shù)、感應(yīng)耦合式無線能量傳輸 技術(shù)和磁耦合共振式無線能量傳輸技術(shù)。其中，電磁波無線能量傳輸技術(shù)、感應(yīng)耦合式無線 能量傳輸技術(shù)傳輸距離和功率的限制比較大。磁耦合共振式無線能量傳輸技術(shù)以磁場作為 傳輸介質(zhì)，通過共振建立發(fā)射與接收裝置之間的傳遞通道，從而有效地傳輸能量。利用磁耦 合共振式無線能量傳輸技進(jìn)行能量傳輸，不但可以提高傳輸?shù)墓β逝c效率，而且理論上可 以將傳輸?shù)木嚯x提高到1到2米且不會受到空間障礙物的影響。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)，利用耦合模理論和諧振電路特性， 分析磁耦合諧振式無線供電在輻射近場共振耦合的本質(zhì)特性和規(guī)律，再結(jié)合理論分析結(jié) 果，利用電磁仿真軟件仿真計(jì)算功能建立分析模型，通過仿真計(jì)算得到了諧振頻率和線圈 材料與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系曲線。
[0004] 然而，現(xiàn)有的磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法，無法根據(jù)理論分析結(jié)果，對不同 波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強(qiáng)耦合點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而探究不同波形下不同線圈 模型的磁耦合無線能量傳輸特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法及裝置，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法無法根據(jù)理論分析結(jié)果，對不同波形的能量傳 輸發(fā)生信號下尋找到的最強(qiáng)耦合點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證的問題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：
[0007] -種磁親合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：
[0008] 根據(jù)線圈模型回路方程，獲取雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)；
[0009] 計(jì)算雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值，得到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)；
[0010] 根據(jù)最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，調(diào)整線圈距離；
[0011] 信號發(fā)生器輸出不同波形的能量傳輸發(fā)生信號；
[0012] 判斷不同波形能量傳輸發(fā)生信號是否達(dá)到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)；
[0013] 如果不同波形能量傳輸發(fā)生信號達(dá)到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，則最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)與實(shí)驗(yàn) 結(jié)果相符；
[0014]如果不同波形能量傳輸發(fā)生信號沒有達(dá)到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，則最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)與 實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。
[0015] 優(yōu)選的，求解方程，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)方法包括以下步驟：
[0016] 獲取線圈阻抗和互感系數(shù)；
[0017] 根據(jù)線圈阻抗和互感系數(shù)求取線圈模型回路方程解方程，并獲取線圈電流；
[0018] 根據(jù)線圈電流，計(jì)算輸入電壓與輸出電壓；
[0019] 根據(jù)輸入電壓與輸出電壓，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射系數(shù)。
[0020] 優(yōu)選的，計(jì)算雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值，得到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)方法包括以下步 驟:獲取線圈耦合系數(shù)最小值;獲取雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值。
[0021] 優(yōu)選的，判斷不同波形能量傳輸發(fā)生信號是否達(dá)到諧振點(diǎn)的方法為：
[0022] 示波器顯示負(fù)載兩端輸出電壓；
[0023] 判斷負(fù)載兩端輸出電壓與能量傳輸發(fā)生信號電壓是否耦合。
[0024]優(yōu)選的，信號發(fā)生器輸出不同波形的能量傳輸發(fā)生信號波形為方波、正弦波或三 角波。
[0025] -種磁耦合無線能量傳輸仿真試驗(yàn)裝置，用于驗(yàn)證磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn) 方法，包括信號發(fā)生器、負(fù)載、示波器、驅(qū)動線圈、發(fā)送線圈、增強(qiáng)線圈、接收線圈和負(fù)載線 圈，其中：
[0026] 信號發(fā)生器與驅(qū)動線圈相連，驅(qū)動線圈與發(fā)送線圈相連，負(fù)載與負(fù)載線圈相連，負(fù) 載線圈與接收線圈相連，增強(qiáng)線圈位于發(fā)送線圈與接收線圈之間，發(fā)射線圈、增強(qiáng)線圈、接 收線圈同軸;示波器包括四個通道，分別與信號發(fā)生器和負(fù)載兩端相連。
[0027]優(yōu)選的，磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)裝置還包括內(nèi)阻、第一補(bǔ)償電容、第二補(bǔ)償 電容和電燈泡，其中內(nèi)阻與信號發(fā)生器和第一補(bǔ)償電容相連，第一補(bǔ)償電容和驅(qū)動線圈相 連，第二補(bǔ)償電容兩端分別與負(fù)載線圈和負(fù)載相連，電燈泡與負(fù)載并聯(lián)。
[0028]優(yōu)選的，第一補(bǔ)償電容和第二補(bǔ)償電容的電容范圍為15pF_1000pF。
[0029] 優(yōu)選的，發(fā)送線圈、增強(qiáng)線圈與接收線圈相對距離可調(diào)，發(fā)送線圈與接收線圈距離 范圍為20cm-200cm。
[0030] 由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法及 裝置通過列出線圈模型回路方程，求解方程，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)，計(jì)算雙端口網(wǎng)絡(luò)散 射參數(shù)最大值，得到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，根據(jù)最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，調(diào)整線圈距離，信號發(fā)生器輸 出不同波形的能量傳輸發(fā)生信號和判斷不同波形能量傳輸發(fā)生信號是否達(dá)到諧振點(diǎn)的方 法，對不同波形的能量傳輸發(fā)生信號下尋找到的最強(qiáng)耦合點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而探究不同波形 下不同線圈模型的磁耦合無線能量傳輸特性。
【附圖說明】
[0031] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而 言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法的流程示意 圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí) 施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù) 的范圍。
[0036] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法的流程示意 圖，由圖1可見，磁耦合無線能量傳輸仿真實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：
[0037] S101:根據(jù)線圈回路方程，獲取雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)；
[0038] S102:計(jì)算雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值，得到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)；
[0039] S103:根據(jù)最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，調(diào)整線圈距離；
[0040] S104:信號發(fā)生器輸出不同波形的能量傳輸發(fā)生信號；
[0041] S105:判斷不同波形能量傳輸發(fā)生信號是否達(dá)到最強(qiáng)耦合點(diǎn)；
[0042] S106:如果不同波形能量傳輸發(fā)生信號達(dá)到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，則最強(qiáng)理論耦合點(diǎn) 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符；
[0043] S107:如果不同波形能量傳輸發(fā)生信號沒有達(dá)到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)，則最強(qiáng)理論耦 合點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。
[0044]其中，求解方程，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)方法包括以下步驟：
[0045]計(jì)算并獲得線圈阻抗和互感系數(shù);求線圈模型回路方程解方程，得到線圈電流;根 據(jù)線圈電流，計(jì)算得到輸入電壓與輸出電壓;根據(jù)輸入電壓與輸出電壓，得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散 射系數(shù)。
[0046]計(jì)算雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值，得到最強(qiáng)理論耦合點(diǎn)方法包括以下步驟:設(shè)各 線圈品質(zhì)因數(shù)、耦合系數(shù)相等;設(shè)線圈固有頻率與震蕩頻率相等情況下，各線圈耦合系數(shù)最 小;求線圈耦合系數(shù)最小值;得到雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)最大值。
[0047]本發(fā)明以兩線圈、三線圈和四線圈模型為實(shí)施例，理論分析計(jì)算磁耦合諧振式無 線能量傳輸方式的耦合點(diǎn)。
[0048] 兩線圈板型：
[0049] 模型主要由兩部分組成:發(fā)射端和接收端。發(fā)射端由信號發(fā)生源和發(fā)送線圈組成， 兩者直接連接;接收端由接受線圈和負(fù)載組成，兩者直接連接。工作過程為:發(fā)送線圈接受 信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號，產(chǎn)生中高頻磁場，并與接收線圈發(fā)生磁耦合諧振，能量由發(fā)送線圈 傳送到了接收線圈。
[0050] 列出兩線圈回路方程：
[0052] 其中，Ii為發(fā)送線圈電流，12為接收線圈電流，辦為發(fā)送線圈電阻(含電源內(nèi)阻），R2 為接收線圈電阻，ω為耦合頻率，U為發(fā)送線圈電感，L2為接收線圈電感，Ci為發(fā)送線圈電 容，c2為接收線圈電容，M12為互感系數(shù)，Vs為輸入電壓