磁耦合谐振方式下的无线能量传输初探(1)

总结一下最近学习到的东西,备忘

最近主要被安排做关于无线能量传输(WPT)的一些工作,更具体来说是利用磁耦合谐振(magnetical coupling resonant)来进行的WPT,即MCR-WPT

磁耦合谐振式无线能量传输的概念最早在2006年由MIT的团队提出,其现场演示了在2m的距离下点亮一盏功率60W的灯泡,效率约为40%。
MIT
该项技术需要线圈相互耦合,并工作在谐振频率附近,以达到在一个较远的距离下,仍可以有较高的传输效率,这是其他的无线能量传输方式所难以做到的。
磁耦合谐振产生的基础在于需要有两个线圈,有了两个线圈,才能去进行所谓的“无线能量传输”。而在上面图中展示的结构为最简单的双线圈结构。为了对电路进行电源以及负载匹配,在发射端前部以及接收端后部各加入了一个线圈,使得驱动源、发射线圈、接收线圈以及负载相互分离,这就是四线圈结构。
structures
以上两种结构的等效电路模型在本文中就不展开介绍了,有兴趣的读者可以自行尝试推导或查阅相关文献,对这方面的研究已经是较为深入以及透彻的了。另外,目前我的研究主要基于四线圈结构的MCR-WPT来进行,其相较于双线圈结构有着许多的优势,这也是目前研究的主流。

在对MCR-WPT系统的学习过程中,有几个名词是不可避免会接触到的。首先是谐振。对于我们的电路结构,由于其中有电感以及电容的存在,因此在其谐振频率处,即使施加的电压不高,也能拥有较大的电流,从而产生较大的电磁场。由于谐振的存在,发射线圈电容的电场与电感的磁场不断进行能量交换,而在这个过程中,由于接收线圈中也有电感,其对发射线圈电感的变化产生了感应电流,因此实现了能量的传输。而接收线圈也同样通过电容与电感电场、磁场的相互交换,将能量传送给负载。在此过程中,若发射、接收线圈都工作在谐振频率上,那么系统的传输效率将会大大提高。

接下来,在研究频率特性时,会经常接触到一个名词——频率分裂