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《基于強(qiáng)磁耦合共振的無線電力傳輸new》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、基于強(qiáng)磁耦合共振的無線電力傳輸翻譯：樊京Email:elec_fans@yahoo.com.cn摘要：使用磁場(chǎng)的強(qiáng)耦合共振機(jī)制，我們從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了高效無輻射無線電力傳輸，傳輸距離達(dá)到了發(fā)射線圈半徑的8倍。在超過2米的距離上，我們已經(jīng)能夠傳輸以40%的效率傳輸60W的電力。我們使用了定量模型描述電力傳輸，此模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差在5%以內(nèi)。我們進(jìn)一步探討了這種系統(tǒng)得實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步的研究方向。在20世紀(jì)初，在電力網(wǎng)建立之前，特斯拉[1]投入了大量精力實(shí)驗(yàn)無線傳輸電力。然而，典型的設(shè)計(jì){如特斯拉線圈）會(huì)引入
2、了高強(qiáng)度的電場(chǎng)。過去十年獨(dú)立工作的電子設(shè)備迅猛增長(zhǎng)（筆記本電腦，手機(jī)，機(jī)器人，PDA等）。因此，人們對(duì)在無線電力的興趣再次出現(xiàn)（2-4）。輻射傳輸雖然十分適合通信（5），但卻不適合電力傳輸應(yīng)用。其原因在于，如果輻射是全方位的，則電力接收效率極低；如果使用定向輻射，則需要一個(gè)直線無障礙空間和和先進(jìn)的跟蹤機(jī)制。最近的一篇理論分析文章（6）詳細(xì)分析了使用耦合共振場(chǎng)的邊緣進(jìn)行中距離非輻射能量傳輸?shù)目尚行裕?）。直覺上，兩個(gè)具有相同共振頻率的共振物體往往能有效地交換能量，與此同時(shí)，非共振時(shí)則較少消耗能量。在耦合
3、共振系統(tǒng)（如聲、電、磁、核）中，往往會(huì)有一個(gè)“強(qiáng)耦合”機(jī)制（8）。如果能在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中充分利用這種機(jī)制，能量轉(zhuǎn)移預(yù)計(jì)將非常有效。以這種方式進(jìn)行的中距離能量傳輸幾乎可以是全向的。環(huán)境物體的干涉和能量損失均很?。?）。上述考慮適用于自然界各種共振現(xiàn)象。在這里，我們重點(diǎn)研究磁場(chǎng)共振（9）。由于大多數(shù)普通的材料不與磁場(chǎng)相互作用，磁性共振特別適合日常應(yīng)用。我們?cè)谡缀掌濐l率探索非輻射近場(chǎng)的磁耦合機(jī)制。初看起來，這種能量轉(zhuǎn)移使人想起了通常的磁感應(yīng)（10），但是，請(qǐng)大家注意，通常的電磁感應(yīng)在中距離應(yīng)用中效率極低。一、
4、理論描述特定區(qū)域有效的中距離能量傳輸發(fā)生在強(qiáng)耦合共振時(shí)。采用耦合模理論CMT來描述這一物理系統(tǒng)（11），我們得到線性方程組如下：at()其中，索引角標(biāo)代表不同的共振物體。變量m被定義，因而包含在物體m中的能量2
5、()at
6、是m。w是孤立物體的諧振角頻率，而Γ是固有衰減率（例如，吸收和輻射損失）。mm在這個(gè)模型里，參數(shù)為w和Γ的一個(gè)沒有耦合和驅(qū)動(dòng)的振蕩將演化為exp(iwt?Γt)，000kk=是共振體的耦合系數(shù)，而Ft()是驅(qū)動(dòng)條件。mnnmm我們將研究限定為兩個(gè)對(duì)象。一個(gè)是源設(shè)備S，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)設(shè)備D
7、。其中源設(shè)備被恒定頻率驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)設(shè)備間具有耦合吸收k。能量被D接收后通過一個(gè)電阻負(fù)載W做功，并且產(chǎn)生一個(gè)除Γ之外的衰減率Γ。因此，整體的衰減率變?yōu)椋害?Γ+Γ。接收能量在DwD'Dw2負(fù)載端被消耗，也就是，2
8、()Γat
9、。最大傳輸效率η取決于負(fù)載衰減Γ，這相當(dāng)于一wDw個(gè)電阻匹配問題。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)源設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備在共振時(shí)效率最高。在這種情況下，效率是：當(dāng)取時(shí)可以得到最大值?？梢钥闯?，要想提高效率，需2要使k/ΓΓ>>1。這通常是在強(qiáng)耦合機(jī)制下才能實(shí)現(xiàn)。共振在能量傳輸中發(fā)揮了重要的sD機(jī)制。相對(duì)于非共
10、振磁感應(yīng)，此方式通過逼近典型參數(shù)）效率被提高。二、自共振線圈的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀覀兊膶?shí)驗(yàn)由兩個(gè)自共振線圈組成。一個(gè)線圈（源線圈S）通過電感耦合到信號(hào)發(fā)生電路；另一個(gè)線圈（12）通過電感耦合到電阻性負(fù)載（Fig.1）。自振蕩線圈依靠分布電感和電容達(dá)到共振。線圈由導(dǎo)線組成，全長(zhǎng)l，跨線截面半徑為a的導(dǎo)線繞成高度為h，半徑為r的n匝螺旋線圈。據(jù)我們所知，有限長(zhǎng)度螺旋沒有一個(gè)精確解。對(duì)于我們的系統(tǒng)而言，解決方案依賴一個(gè)不夠充分的假設(shè)（13）。我們發(fā)現(xiàn)，即使是使用準(zhǔn)靜態(tài)模型，實(shí)驗(yàn)誤差仍然在5%以內(nèi)。圖1實(shí)驗(yàn)原理圖注：A
11、是半徑25厘米的單銅環(huán)，這是驅(qū)動(dòng)電路的一部分。該驅(qū)動(dòng)電路，輸出的正弦波頻率為9.9兆赫。S和D分別是獨(dú)立的源和設(shè)備。B是帶負(fù)載的銅環(huán)。變量Ks代表直接耦合，通過角度調(diào)整確保D和A沒有耦合。S和D在一條線上。忽略B和A及B和S的耦合。我們首先觀察到的線圈的兩端電流必須為零，我們有理由猜測(cè)，線圈的諧振模式近似為沿導(dǎo)線電流呈正弦分布。我們對(duì)最低次模感興趣，因此如果我們使用沿著導(dǎo)體S的參數(shù)化坐標(biāo)，假定坐標(biāo)從-L/2---L/2，則時(shí)變電流具有的模式。由電荷連續(xù)性方程可知，線性電荷密度分布的形式為。這樣，一半線
12、圈包含的振蕩電荷在幅度上（幅度為）等于另一半線圈而在相位上相反。由于線圈諧振，電荷密度分布和電流密度分布在相位上相差pi/2。這意味著當(dāng)一個(gè)參量為實(shí)部最大時(shí)另一個(gè)參量確為0。由此可知，線圈中任意一點(diǎn)的能量分布一會(huì)兒取決于電流，一會(huì)兒取決于電荷。使用電磁場(chǎng)理論，我們可以定義有效電感和有效電容如下：在這里，電流密度Jr()和電荷密度ρ()r沿線圈方向各自獨(dú)立，且與線圈的幾何形狀有關(guān)。由定義可知，能量U存儲(chǔ)于L和C中：1/2假定方程連續(xù)，我們可以計(jì)算出相應(yīng)頻率
