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专利名称：信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法
技术领域：
本发明涉及无线电能量传输技术领域，尤其是涉及一种信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法。
背景技术：
磁耦合谐振式无线能量传输技术是国内外学术界和工业界开始探索的一个新领域，集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应、耦合理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，属于世界上电能输送领域的前沿课题。谐振式能量传输技术，是利用两个具有相同的特定谐振频率的电磁系统，在相距一定的距离时，由于电磁耦合产生谐振，进行能量传递。一般来说，两个有一定距离的电磁系统，相互之间是弱耦合，但若两个系统的固有谐振频率相同，则会产生强磁谐振，如果一方不断为系统提供能量，而另一方消耗能量，则实现了能量的传输。磁耦合谐振式无线能量传输技术与感应式无线能量传输技术不同之处在于该技术融合了共振技术，不仅提高了能量的传输距离，而且提高了能量的传输效率。另外，该技术不像微波对人体产生危害，由于人体作为非磁性物体，暴露在强磁场环境中不会有任何影响，再则，该技术实现能量传输的基本原理是共振，只有谐振频率相同的谐振体才有可能受到影响，所以不必担心其对人体及周围物体产生危害。所谓无线电能传输(WirelessPowerTransmission, WPT)是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。随着科技的发展和生活水平的提高，手机、笔记本等移动的电器越来越多地走进了居民日常生活，而这些设备的有线充电给人们造成了诸多不便，在石油和采矿等工业生产领域，由于特殊的现场作业条件难以依靠架设电线的传统方式供电。在电力输送方面，山头的基站、孤立的岛屿等特殊的地段，传统的输电方式也很难满足其供电需求。因此，发展无线电能量传输技术的重要性日益突显出来。目前，根据无线能量传输原理，可将无线能量传输方式分为三类:电磁波无线能量传输技术、感应式无线能量传输技术、磁耦合谐振式无线能量传输技术。电磁波无线能量传输技术直接利用了电磁波能量可以通过天线发送和接收的原理，该技术可以实现极高功率的无线传输，但是在能量传输过程中，发送器必须对准接收器，能量传输受方向限制，并且不能绕过或穿过障碍物，微波在空气中的损耗也大，效率低，对人体和其他生物都有严重伤害，所以该技术一般应用于特殊场合，如低轨道军用卫星。感应式无线能量传输技术主要利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或者可分离变压器方式实现能量无线传输。由于该技术的传输距离太近并不能把人民从电线的束缚中解放出来，给人们生活带来方便，所以为小功率移动设备如手机等无线充电到目前并不普及。

发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出了一种信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法。本发明的技术方案为一种信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，对一个无线能量传输系统，采用以下公式求取能量传输谐振点ω r,mf, = ω φ-2ξ2,0 < ξ < I式中N为耦合的线圈匝数，COci为谐振频率，μ ^为真空磁导率，C为线路电容；然后将发送线圈的各种发生信号波形的信号频率均设在能量传输谐振点上，设各种发生信号波形的幅值相同；对每种发生信号波形采用实验电路进行验证，包括使用示波器检测在能量传输谐振点上接收线圈的输出电压，记录输出电压有效值，并计算出接收线圈的消耗功率，求取接收线圈的消耗功率与发送线圈的发送功率比值得到传输效率，根据传输效率得到验证结果。而且，所述发送线圈的发送功率的获取方式为，先采取固定信号发生器输出电压，不接发送线圈使用示波器测量此时的电压有效值，再接入发送线圈并使用示波器测量发送线圈两端的电压有效值，利用两个电压有效值的压降除以内阻计算出发送线圈电流，然后得到发送线圈的发送功率。而且，发送线圈的发生信号波形包括方波、三角波和正弦波。而且，所述实验电路包括发送回路、接收回路和示波器，发送回路包括串联的信号发生器、发送线圈及发送电容，信号发生器与示波器相连；接收回路包括串联的接收线圈、接收电容及负载，负载两端并联灯泡，接收线圈与接收电容串联后连接示波器。

针对一个中距离的无线能量传输系统，本发明采用磁耦合谐振感应方式进行能量传递，在经过理论计算后可以寻找到一个合适的能量传输谐振点，并用实验进行验证，发现偏差不大，在无线能量传输过程中，在发送端的输入信号的波形变化会影响整个系统的传输效率。本文针对谐振感应式无线能量传输系统，提出了选择方波、正弦波及三角波三种典型的波形作为发送线圈的输入信号进行实验，得出结论是不同波形输入信号对无线能量传输效率影响是不同的。其中方波作为发生信号时传输效率最大，三角波的传输效率最小。


图1是本发明实施例的线圈简易示意图。图2是本发明实施例的输入波形信号图，其中图2a为方波波形图，图2b为三角波波形图，图2c为正弦波波形图。图3是本发明实施例的无线能量传输简单示意图。图4是本发明实施例的3种波形信号无线能量传输输出电压对比图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。在磁耦合谐振式无线能量传输系统中，传输效率控制是一个关键技术问题，在优化发送线圈线径，绕圈直径，线圈材质等的同时，还需要考虑到发送线圈输入驱动信号的类型问题。本发明所研究的对象主要为中等距离范围(一般指Im至IOm左右)的谐振感应无线能量传输，影响谐振感应无线能量传输的变量有很多，实施例对发生信号波形对能量传输的影响进行了分析，并进行实验验证。基本理论分析:在图1中，其中K12表示线圈间的耦合参数，发送端的等效电路包括串联的信号发生器电源AC、发送线圈内阻、发送线圈电感和发送线圈电容，接收端的等效电路包括串联的接收线圈内阻、接收线圈电感和接收线圈电容，发送线圈内阻和接受线圈内阻相等即R，发送线圈电感和接收线圈电感相等即L，发送线圈电容和接收线圈电容相等即C。设t表示时间，s表示复变量，T1, T2为时间常数，本发明可以分析得到接收端数学模型如下:
权利要求
1.一种信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，其特征在于:对一个无线能量传输系统，采用以下公式求取能量传输谐振点ω r,
2.根据权利要求1所述信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，其特征在于:所述发送线圈的发送功率的获取方式为，先采取固定信号发生器输出电压，不接发送线圈使用示波器测量此时的电压有效值，再接入发送线圈并使用示波器测量发送线圈两端的电压有效值，利用两个电压有效值的压降除以内阻计算出发送线圈电流，然后得到发送线圈的发送功率。
3.根据权利要求2所述信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，其特征在于:发送线圈的发生信号波形包括方波、三角波和正弦波。
4.根据权利要求1或2或3所述信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，其特征在于:所述实验电路包括发送回路、接收回路和示波器， 发送回路包括串联的信号发生器、发送线圈及发送电容，信号发生器与示波器相连；接收回路包括串联的接收线圈、接收电容及负载，负载两端并联灯泡，接收线圈与接收电容串联后连接示波器。
全文摘要
本发明提供一种信号波形对谐振感应无线能量传输效率影响的验证方法，针对一个中距离的无线能量传输系统，本发明采用磁耦合谐振感应方式进行能量传递，在经过理论计算后可以寻找到一个合适的能量传输谐振点，并用实验进行验证，发现偏差不大，在无线能量传输过程中，在发送端的输入信号的波形变化会影响整个系统的传输效率。
文档编号G01R21/06GK103105526SQ20131003758
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者谢雄威, 周洪, 高立克, 胡文山, 周柯, 邓其军, 吴智丁, 江朝强, 祝文姬, 李克文, 俞小勇, 吴丽芳, 李珊, 吴剑豪 申请人:广西电网公司电力科学研究院