无线电能传输方向分析与验证

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1、无线电能传输方向分析与验证.freel距离被点亮,表明能量的无线传输的成功实现,而在下面的实验中灯泡将被50标准负载替换。功率放大器是采用NXP公司的MOSFET芯片实现的功放,可以实现信号发生器信号的功率放大。该功放工作频率范围是2~28MHz,如图6所示为其原理图。图7所示为发射线圈和接收线圈在某个距离、同轴放置时发生的角度偏转的示意图。下面进行具体实验研究发射线圈和接收线圈在不同位置(包括过耦合、临界耦合、欠耦合三种情况)时偏转角度对最大接收电压的影响。3.1过耦合时偏转角度对最大接收电压的影响如图7所示同

2、轴、平行放置的螺旋线圈,将其距离置于“过耦合”范围,本次实验距离为20cm。首先固定发射源频率在谐振频率点,接收线圈角度按照图7所示偏转,每隔10°记录一次接收电压。然后进行频率跟踪情况下,即每次偏转角度后调整发射源输出频率使接收电压为最大电压值,记录接收电压的实验数据。最后将上面两组实验数据整合在一起得到如图8所示的接收电压值与偏转角度的关系曲线。由图8可知:发射源输出频率固定情况下,接收线圈角度发生偏转,接收电压首先是由小变大,在30°偏角处接收电压达到最大值,继续增大偏转角度则接收电压由大变小,当偏转角度到

3、90°时接收电压几乎为0;发射源输出频率跟踪情况下,接收线圈角度发生偏转,在30°偏角范围之内接收电压保持最大接收电压值不变,当偏角大于30°时,继续增大偏转角度接收电压由大变小,当偏转角度到90°时接收电压几乎为0。“过耦合”角度偏转实验证明:无线电能传输系统如果同轴、平行放置处于“过耦合”范围,频率跟踪情况下,接收线圈偏转一定的角度接收电压可以保持最大值不变,即同轴、平行放置的螺旋线圈处于“过耦合”范围内的系统在偏角一定范围是“无方向性”。但是如果方向改变超出一定范围,这时接收电压最大值将随着方向改变迅速减小

4、,即系统超出一定范围是“有方向性”。3.2临界耦合时偏转角度对最大接收电压的影响如图7所示是同轴、平行放置的螺旋线圈,将其距离置于“临界耦合”处,本次实验距离为30cm。首先调整发射源频率并且固定在谐振频率点,接收线圈角度按照图7所示偏转,每隔10°记录一次接收电压。然后进行频率跟踪情况下,即每次偏转角度后调整发射源输出频率使接收电压为最大电压值,记录接收电压的实验数据。最后将上面两组实验数据整合到一起得到如图9所示的接收电压值与偏转角度的关系曲线。由图9可知:不管发射源输出频率固定或是跟踪情况下,接收线圈角度发

5、生偏转,接收电压都是逐渐变小,当偏转角度到90°时接收电压几乎为0。“临界耦合”的角度偏转实验证明:无线电能传输系统如果同轴、平行放置处于“临界耦合”,角度偏转后不存在频率分裂,频率跟踪与否并不能改变接收电压减小的趋势。因此可以证明无线电能传输系统中同轴、平行放置的螺旋线圈如果处于“临界耦合”位置是“有方向性”的。4.3欠耦合时偏转角度对最大接收电压的影响如图7所示是同轴、平行放置的螺旋线圈,将其距离置于“欠耦合”处,本次实验距离为60cm。首先调整发射源频率并且固定在谐振频率点,接收线圈角度按照图7所示偏转,每

6、隔10°记录一次接收电压。然后进行频率跟踪情况下,即每次偏转角度后调整发射源输出频率使接收电压为最大电压值,记录接收电压的实验数据。最后将上面两组实验数据整合得到如图10所示的接收电压值与偏转角度的关系曲线。由图10可知:不管发射源输出频率固定或是跟踪情况下,接收线圈角度发生偏转,接收电压都是逐渐变小,当偏转角度到90°时接收电压几乎为0。“欠耦合”的角度偏转实验证明:当无线电能传输系统如果同轴、平行放置处于“欠耦合”范围不存在频率分裂,频率跟踪与否并不能改变接收电压减小的趋势。因此可以证明无线电能传输系统中同轴

7、、平行放置的螺旋线圈如果处于“欠耦合”处是“有方向性”的。4结论本文对磁耦合谐振式无线电能传输系统“方向性”进行了分析,并根据理论分析设计相关的实验模型通过实验验证了理论分析的正确性。具体结论如下:(1)无线电能传输系统如果同轴、平行放置处于“过耦合”范围,采用频率跟踪技术,偏转角度在一定范围是“无方向性”的。但是如果方向改变超出一定范围就会从“无方向性”变成“有方向性”。(2)无线电能传输系统如果同轴、平行放置处于“临界耦合”和“欠耦合”范围内是“有方向性”的,方向改变对无线电能传输影响很大。