[實用新型]磁耦合諧振實驗儀

有效

• 申請號: 201821904861.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN209312306U
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 陳森;何昀;吳平;裴藝麗;張師平;劉鑫;楊宇犇;鄒夢婷
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本實用新型提供一種磁耦合諧振實驗儀，屬于諧振感應耦合技術領域。該實驗儀包括電源、信號發生器、射頻功率放大器、發射諧振線圈組件、接收諧振線圈組件、可旋轉底座、導軌和滑塊，滑塊安裝在導軌上，可旋轉底座固定在滑塊上，發射諧振線圈組件和接收諧振線圈組件正對的安裝在可旋轉底座上，信號發生器和射頻功率放大器與電源相連，信號發生器的信號輸出端連接功率放大器信號輸入端，功率放大器的信號輸出端連接發射諧振線圈組件接口。該實驗儀各部分組件連接方便，結構堅固并可多次穩定使用，操作簡單明了，正確操作后實驗效果明顯、穩定。可作為學校的實驗教學和探究的裝置系統，研究關于磁耦合諧振的各種特性。

技術領域

本實用新型涉及諧振感應耦合技術領域，特別是指一種磁耦合諧振實驗儀。

背景技術

無線電能傳輸(Wireless Power Transmission)，即不需要接觸電導體或不需要連接電線來進行電能的傳輸。無線電能傳輸技術主要可以分為三類：①微波與激光式；②電磁感應式(Dec,2012.Electromagnetic Field as the Wireless Transporter ofEnergy.25(3):171–181.)；③電磁諧振耦合式(Jan,2008.Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer.Annals of Physics.323(1):34-48.)。

在20世紀初期，發明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在他試圖開發一種無線照明系統的實驗中首次發現了諧振感應耦合(August,1943.Tesla’s contribution tohigh frequency.Electrical Engineering.62(8):355-357.)，但特斯拉當時由于各種原因未能根據他的發現成功制造出相應的產品發明。2007年，麻省理工學院中由領導的團隊創新性地利用了強耦合磁共振的原理，成功實現了無線電能傳輸的夢想——他們使用了兩個耦合的調諧電路(每個電路由一個直徑25cm的自諧振線圈組成)，在10MHz的共振頻率下，實現了在2米的距離內點亮了一個60W的燈泡，整個系統的效率約為40％。(Jul,2007.Wireless Power Transfer via Strongly Coupled MagneticResonances.Science.317(5834):83-85.)至此之后，無線電能傳輸的研究迎來了新一輪的研究熱潮，又一次煥發出新的活力。

電磁諧振耦合式無線電能傳輸的優點是：①通過電磁場諧振，能量在傳輸過程中功率損耗極小，因此同樣的能量可以傳輸更遠的距離。諧振感應耦合可以在線圈直徑的4到10倍的范圍內實現高效率的電能傳輸，與電磁感應式傳輸的“短距離”相反，電磁感應式傳輸只有在兩個線圈相鄰時才能夠達到類似的效果。②兩個諧振電路相互之間屬于強耦合，只有感應頻率相同的諧振耦合電路才能相互耦合并傳輸能量，被在附近的閑雜物體所吸收的功率損耗可以忽略不計。

電磁諧振耦合式無線電能傳輸的缺點是：當2個諧振電路耦合的距離十分近時，諧振頻率會出現頻率分裂現象，諧振峰分裂成2個；因此會造成在原始諧振頻率下不再以最大效率進行能量的傳輸。(Apr,2017.Combined Conformal Strongly-Coupled MagneticResonance for Efficient Wireless Power Transfer.Energies 2017,10,498.)

近年來，磁耦合諧振式無線充電技術已經成為了國內外電能研究方面的熱點，但大多數都傾向于大功率、遠距離的無線充電的研究。本實用新型提供了一種小功率、中遠距離的無線充電實驗儀(磁耦合諧振實驗儀)，作為實驗教學模具，可用于磁耦合諧振式無線充電技術的多種性能的教學和研究。