[發明專利]無線電能傳輸電、磁、熱及溫升測試系統、方法、設備

在審

• 申請號: 202110430842.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113125890A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李達;高嵬;高鍵鑫;吳沛航;安春陽;饒凡;宋祎軒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01D21/02
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明屬于無線電能測試技術領域，公開了一種無線電能傳輸電、磁、熱及溫升測試系統、方法、設備，包括：機械結構模塊利用機械結構結合兩相式步進電機帶動電磁場測量探頭到達空間各點，進行定位和固定；電磁場測量模進行電磁場強度測量；溫度場測量模塊對無線電能傳輸線圈關鍵點進行測量，對空間溫度場進行測量；運動控制模塊進行機械結構的準確即時控制；數據處理分析模塊進行測量數據的存儲。本發明利用EHP?200長短波選頻分析儀進行電磁場測量，尺寸小，測量值具備很好的平穩性和線性、精度高、靈敏度高。本發明能夠有效測量X軸1.5m，Y軸1.5m，Z軸1m行程內的數據。

技術領域

本發明屬于無線電能測試技術領域，尤其涉及一種無線電能傳輸電、磁、熱及溫升測試系統、方法、設備。

背景技術

目前，隨著科學技術的不斷發展，磁耦合諧振式無線電能傳輸(Wireless powertransfer)在2007年被MIT首次提出后，迅速引發全球相關研究人員進行深入研究。但是至今對于磁耦合諧振式無線電能傳輸的能量傳輸機理仍存在爭議，而磁場作為能量傳輸的媒介，其磁場的大小與空間分布對于磁耦合諧振狀態下無線電能傳輸機理研究具有重要意義。同時其傳輸空間的熱場分布以及線圈溫升研究對于WPT系統性能的可靠性研究及傳輸效率相當重要。

目前通常利用磁場仿真對磁場情況進行了解，但仿真與實際情況之間存在各種誤差，因此實現對于無線電能傳輸裝置磁場分布情況的測量具有實際意義。現階段市場上存在的磁場測量儀器種類較多、較為精密的儀器價格高、體積大，測量頻率范圍較低，對于無線電能傳輸系統的測量適用性差，且價格昂貴。專門針對磁耦合諧振式WPT系統空間交變磁場測量的研究更少，因此研究開發一套實現WPT系統空間磁場測量的儀器十分必要。

磁場在整體上包括自然磁場和人造磁場兩類，其中自然磁場又可以被細分為地磁場和生物磁場，隨著人們認識和檢測技術的發展，對磁場進行了更加細化的分類。按照磁場強度可以分為：超強磁場(大于10T)、中強磁場(10-4-10T)、弱磁場(10-9-10-4T)和微弱磁場(小于10-9T)等；以磁場頻率作為劃分標準，磁場可分為：靜磁場、直流磁場、脈沖磁場、交流磁場；其中由穩恒電流激發的為靜磁場，而交變磁場即時變磁場，磁場方向與大小不恒定，隨時間變化。在時變磁場中，有一種很普遍的時變形式，就是場量隨著時間做正弦或者余弦形式的變化，叫做時諧電磁場。不同磁場的效應也有所差別，因此針對不同磁場需要不同的測量方法。

根據不同磁場特性需要不同的測量方法，本裝置主要研究交變磁場的測量。導電介質放入交變磁場中，通常會產生趨膚效應和渦流效應。根據導電媒質的不同，還會產生一些其他的效應。例如閉合線圈在交變磁場作用下會有電磁感應現象，矩形的半導體在交變磁場中產生霍爾效應，鐵磁材料會表現出磁阻效應。這些原理都可以用來測量交變磁場，測量交變磁場的主要方法包括：感應線圈法、霍爾效應法、磁通門法、超導效應法、磁阻效應法等。

(1)感應線圈法

感應線圈法測量磁場利用線圈作為傳感探測器。探測精度最弱可達20FT，且無測量上限。此種測量方法的測量頻率為1Hz-1MHz，但是其測量磁場極易受環境影響，探測線圈的電阻、感應系數和輸出電路等均會影響傳感器的頻率響應特性。

(2)磁通門法

磁通門傳感器最早是在上世紀三十年代被用來測量地磁場，發展到現在，有了很多的改進。磁通門傳感器可測量磁場強度為10-6～102G的直流或者緩慢變化的交流磁場。其主要是利用高磁導率的軟磁材料作磁芯，運用法拉第電磁感應定律和磁芯在交流磁場中的次飽和原理研制的測量磁場的裝置。近年來，隨著工業信息科學技術發展，一些低損耗、低磁致伸縮、低矯頑力、高導磁率和高飽和磁效應的軟磁材料的出現，以及計算機技術的應用，使得磁通門傳感器向著集成化小型化方向發展，降低了其價格。主要應用在測量弱磁場方面，三分量磁通門傳感器的應用較為廣泛，其特點是體積小、穩定性高、安裝簡單，現已用在艦艇、地磁、磁性檢測站、井中和金屬探測等中磁場測量的場合。