谐振感应耦合
谐振感应耦合，或磁通相同步耦合（英语：Resonant inductive coupling, 日语：磁界调相结合） 是当松散耦合的线圈之间的次级侧发生谐振时耦合由松散状况转为强化状态的现象。这是麻省理工学院类型磁耦合共振的重要组成部分。最基本的谐振感应耦合由初级侧驱动线圈和次级侧谐振电路组成。在这种情况下，由初级侧观察次级侧的谐振状态时，可发现为一对的两个谐振频率，其中的一个称为反谐振频率（并联谐振频率 1），另一个称为谐振频率（串联谐振频率 1'）。[2]次级线圈由短路电感和谐振电容组合为谐振电路。以次级侧的谐振频率(串联谐振频率)驱动初级侧线圈时，初级侧与次级侧线圈的磁场达到相位同步。结果因互磁通增加，在次级线圈得以产生最高电压，并且初级线圈的铜损降低，发热减少，效率相对提高。谐振感应耦合广泛应用于谐振变压器，无线供电和JR磁浮的车上供电[3]。
麻省理工学院类型的磁耦合谐振
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麻省理工学院在2006年通过磁耦合谐振(磁耦合共振)在2m的功率传输实验中成功。麻省理工学院的磁谐振是其中将初级侧谐振加到基本磁谐振以便增加功率传输强度的谐振。这相当于在高电压下驱动初级线圈。因此，麻省理工学院型磁谐振的特征在于初级侧上的谐振线圈和次级侧上的谐振线圈是成对的。
利用谐振感应耦合的历史
[编辑]1978年，美国发明家约翰·乔治·博格尔试图提供电动汽车。[4]
1989年，八电子提出了与WiTricity的磁耦合谐振原理完全相同的电路。[5]
1993年，日本大福公司实现了世界上第一起非接触式供电和输送系统[6]基于奥克兰大学约翰·博伊斯理论的。
1994年，村田制造公司的开发商宣布“磁耦合谐振技术”。[7][8]
2006年11月，麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克成功了2米传输实验。
2010年7月，国际标准“Qi”由无线电力联盟（WPC）制定。制定了5W或更小的移动终端的标准。
机制细节
[编辑]概述
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此过程发生在谐振变压器中，该变压器是一个电气部件，该变压器由高Q线圈组成，该高Q线圈缠绕在同一芯上，电容器被连接线圈以形成耦合LC电路。 最基本的谐振电感耦合由初级侧的一个驱动线圈和次级侧的一个谐振电路组成。在这种情况下，当从初级侧观察次级侧的谐振状态时，观察到一对共振。其中之一就是所谓的反谐振频率（并联谐振频率1），以及另一种是所谓的谐振频率（串联谐振频率1' ）。所述的短路电感和次级线圈的谐振电容器组成串联谐振电路。当初级线圈以次级侧的谐振频率（串联谐振频率）驱动时，初级线圈和次级线圈的磁场的相位被同步。其结果，在二次线圈中产生由于互感磁通的增加，并且所述初级线圈的铜损降低的最大电压，发热减少，效率相对提高。所述的谐振感应耦合是近场电能的无线传输磁耦合的线圈之间，这是一个的一部分谐振电路调谐到谐振以相同的频率作为驱动频率。
谐振态的耦合系数
[编辑]在变压器中，只有部分通过初级线圈的电流产生的磁通耦合到次级线圈，反之亦然。耦合的部分称为相互通量，不相耦合的部分称为漏磁通。当系统不处于谐振状态，这将导致出现在次级小于由线圈的匝数比预测开路电压。耦合程度由称为耦合系数的参数捕获。耦合系数k被定义为变压器开路电压比与从一个线圈耦合到另一个线圈的所有磁通量所得到的比率之比。然而如果不是开回路的话，则磁通比将变化。 k的值介于0和±1之间。每个线圈电感可以概念上以比例k和（1-k）分成两部分。这些分别是产生相互磁通的电感和产生漏磁通的电感。 耦合系数是系统几何结构的函数。它由两个线圈之间的位置关系固定。在系统处于谐振状态和不处于谐振状态时，或者即使系统处于谐振状态并且产生大于匝数比的次级电压时，耦合系数也不会改变。然而在这谐振情况下，磁通比变化并且互磁通增加。 据说谐振系统是紧耦合的，松耦合的，临界耦合的或过耦合的。如传统铁芯变压器一样，紧耦合是耦合系数大约为1时。过耦合是次级线圈如此接近并且互通量的形成受到反谐振的影响而受到阻碍，并且当通带中的转移是最佳时临界耦合是。松散耦合是指线圈彼此远离时，大部分通量都会漏过辅助线圈。在特斯拉线圈中使用0.2左右，并且在更远的距离上，例如感应无线电力传输，它可能低于0.01。
参考书目
[编辑]- 無線供電技術與實踐 (PDF). グリーン・エレクトロニクス (CQ出版). 2011年9月, (6) [2017-02-23]. ISBN 9784789848367. （原始内容存档 (PDF)于2017-05-17）.
- 瞄準1米前方的目的！ 諧振無線電力傳輸實驗 (PDF). グリーン・エレクトロニクス (CQ出版). 2014年12月, (17) [2017-02-23]. ISBN 9784789848473. （原始内容存档 (PDF)于2021-01-24）.
- 通過實驗了解無線供電的原理 (PDF). グリーン・エレクトロニクス (CQ出版). 2017年10月, (19) [2017-04-11]. ISBN 9784789848503. （原始内容存档 (PDF)于2017-08-06）.
资料来源
[编辑]- ^ resonant structure in only the secondary side. [2017-03-05]. （原始内容存档于2020-03-29）.
- ^ Theory and verification of a model of wireless power transfer having a resonant structure in only the secondary side: 7–12. [2017-03-31]. ISSN 0913-5685. （原始内容存档于2019-06-09）.
- ^ 關於通過引導電流收集方法的電源 (PDF). [2017-03-20]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-05）.
- ^ 磁界を発生する电力源を组合わせた道路上で使用する车輌 特愿昭54-51344
- ^ 电磁诱导による电力供给 特愿平1-235399
- ^ 大福公司的世界上第一个非接触式供电和输送系统 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 什麼是『直流共鳴』方法. [2017-02-23]. （原始内容存档于2020-01-15）.
- ^ 新物理現象的應用！ 開發直流電力諧振式無線電力傳輸系統. [2017-02-23]. （原始内容存档于2014-07-28）.