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《基于磁場共振強(qiáng)耦合原理的無線能量傳輸》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于強(qiáng)耦合磁共振原理的無線輸電技術(shù)在一個(gè)強(qiáng)耦合的體制上使用自諧振線圈，實(shí)驗(yàn)證明有效非輻射的功率傳輸距離高達(dá)線圈的半徑的8倍。我們可以以40%的效率傳輸60W距離超過2米。我們提出一個(gè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配率在5%以內(nèi)的定量模型描述功率傳輸。我們討論了該系統(tǒng)的實(shí)用性,提出需要進(jìn)一步研究的方向。20世紀(jì)早期，在電線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)前，尼古拉特斯拉致力于無線輸電的計(jì)劃研究。然而，典型的具體例子（如特斯拉線圈）涉及不需要的的大電場（損耗更大）。過去的10年里見證了自主電子設(shè)備的使用浪潮（筆記本電腦，手機(jī)，機(jī)器人，掌上電腦等等）。結(jié)果，人們對無線輸電的興趣再
2、度出現(xiàn)。輻射傳輸，盡管完美地適合信息傳輸，但是在電力傳輸應(yīng)用上許多的困難點(diǎn)：如果輻射是全方位的，能量傳輸?shù)男蕰浅５停瑔蜗虻妮椛湫枰粋€(gè)不受視線的干擾和先進(jìn)的跟蹤機(jī)制。一個(gè)最近的理論論文陳述了采用共振對象通過非輻射域的末端耦合進(jìn)行中距離的能量傳輸?shù)目赡苄缘脑敿?xì)分析。直觀地，兩個(gè)有相同頻率的共振物體能有效的交換能量，雖然有相關(guān)的少部分能量會損失在無關(guān)的不共振物體上。在耦合共振系統(tǒng)中（如聲音，電磁，磁，核），經(jīng)常存在大體的“強(qiáng)耦合”機(jī)制。如果可以實(shí)現(xiàn)給定的系統(tǒng)，能量傳輸就會變得很有效。用這種方式實(shí)施中距離能量傳輸是近乎全方位，有效的，
3、不論其幾何周圍空間，而且受到周圍物體的干擾和損失小。以上的考慮和物理性質(zhì)的共振無關(guān)。這里，我們專注于一個(gè)特定的物理性體系：磁共振。磁共振是特別的適合每個(gè)應(yīng)用，因?yàn)榇蟛糠值囊话悴牧喜荒芘c磁場相互作用，所以和環(huán)境物體的相互作用被抑制得更小。通過研究非輻射（近場）兆赫頻率磁共振感應(yīng)，我們能確定識別兩個(gè)耦合的系統(tǒng)中的強(qiáng)耦合體。乍看來，這樣的能量傳輸令人回想起通常的磁感應(yīng)；然而，注意通常的非諧振的感應(yīng)對中距離應(yīng)用的效率是很低的。形式概述高效率的中距離能量傳輸發(fā)生在共振物體和另外一個(gè)物體強(qiáng)烈耦合的參數(shù)空間。利用耦合模理論來描述這個(gè)物理系統(tǒng)，我們
4、得到下列的一組線性方程式：目錄上指示了不同的共振物體。變量被定義，物體m包含的能量為，ωm是孤立物體的共振角頻率，?m是它的固有衰減率（如因?yàn)槲蘸洼椛鋼p失）。在這個(gè)框架內(nèi)，一個(gè)帶有參數(shù)ω0和?0無耦合無驅(qū)動振蕩器會隨時(shí)間演變成。代表兩物體之間（下標(biāo)表示耦合方向）的耦合率，F(xiàn)m(t)是驅(qū)動項(xiàng)。我們限制對于兩個(gè)對象的情況處理，由源和設(shè)備表示，如源（由下標(biāo)S識別）是在一個(gè)恒定的頻率的外部驅(qū)動的，兩個(gè)物體的耦合系數(shù)為κ。工作的提升來自于器件（下標(biāo)為Ｄ），我們通過一個(gè)作為回路阻抗的負(fù)載（下標(biāo)為Ｗ）連接器件，為空載設(shè)備物體的衰減率?Ｄ增加了額
5、外項(xiàng)?W。所以總體的設(shè)備衰減率是。提升工作由負(fù)載上的能量損失決定，能量損失是。取和額外項(xiàng)?W之間的傳輸效率?的最大值，公式1給出，等價(jià)于解決阻抗匹配問題。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)源和設(shè)備共振時(shí)，整體裝置工作得最好，此時(shí)的效率是：當(dāng)時(shí)效率最大。很容易得到有效能量傳輸?shù)年P(guān)鍵是有。這是在強(qiáng)耦合體系里經(jīng)常被提及的。共振在能量傳輸機(jī)制里扮演了至關(guān)重要的角色，因?yàn)樾蕰谖矬w耦合無共振情況下有大約的增加（特定參量~106）。自振線圈理論模型我們對于這個(gè)計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知包含兩個(gè)自振線圈。一個(gè)線圈（源線圈）和一個(gè)振蕩回路電感耦合；另一個(gè)裝置線圈和負(fù)載電阻電感耦合(
6、12)(Fig.1)。自諧振線圈依賴于分布電感和分布電容之間相互作用來實(shí)現(xiàn)共振。線圈是由電導(dǎo)線整個(gè)的長度l,橫截面半徑a繞成的N匝螺旋，半徑r和高度h組成。以我們的知識所知，對于有限螺旋在文獻(xiàn)中沒有準(zhǔn)確的解決方案，甚至在無限長線圈的情況下，解決方案只有在假設(shè)無限長對我們的系統(tǒng)是不夠的情況下才成立。然而我們發(fā)現(xiàn)，以下描述的簡單的準(zhǔn)靜態(tài)模型和實(shí)驗(yàn)符合的很好（5%以內(nèi)）。我們一開始觀察到的電流在線圈的兩端必須是零，我們有根據(jù)地作出猜測，線圈的諧振模式近似是由正弦電流沿導(dǎo)線的長度分布。我們對最低模式很感興趣，如果我們用S表示沿著導(dǎo)體長度的坐
7、標(biāo)參數(shù)，例如，它是從?l/2到l/2，然后隨時(shí)間變化的電流分布的形式它是由從電荷密度分布的形式的連續(xù)性方程推導(dǎo)而來，這樣，一半的線圈（當(dāng)切片垂直于它的軸）含有振蕩的總電荷（振幅），與另一半的電荷大小相等的但符號相反。因?yàn)榫€圈共振，電流和電荷密度分布之間有π/2相位差，這意味著一個(gè)實(shí)數(shù)部分是最大值，另一個(gè)實(shí)數(shù)部分就是零。同樣，包含在線圈中的能量是在特定時(shí)間點(diǎn)完全由于電流，其他時(shí)間點(diǎn)則是完全由于電荷。利用電磁理論，我們可以定義每個(gè)線圈的有效電感L和有效電容C的，如下：這里的空間電流J（R）和電荷密度ρ（R）分別從沿分離的線圈電流和電荷密
8、度得到，與該對象的幾何相關(guān)聯(lián)。作為定義，L和C有這樣的性質(zhì)：包含在線圈中的能量U給出：根據(jù)這種關(guān)系和連續(xù)性方程，得到的諧振頻率現(xiàn)在通過定義我們可以把這個(gè)線圈作為耦合模理論的標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器。通過注意電流曲線分布我們可以估算散耗功率，意味著
