基于磁共振耦合的无线台灯研究
时间：2020-12-18 16:06:28 来源：达达文档网 本文已影响 人 
沈小云
随着电子设备的迅速发展，人们对于无线能量传输的研究热潮再一次兴起了。基于，磁共振耦合的无线能量传输系统是未来无线能量传输的必然发展趋势，即利用具有相同谐振频率的两个强电磁耦合物体，可以使能量通过无线的方式高效传输，并且对于传输范围之内的非谐振物体几乎不存在能量损耗。
台灯是我们中学生日常最忠实的伙伴，然而台灯受电源线的限制，大大地约束了使用的舒适性和自由性，虽然充电台灯目前已经较为普及，但是就像手机一样，经常会忘记充电而影响使用体验。因此，我尝试将磁共振耦合的无线能量传输方式应用到台灯中 ，实现无线能量台灯，从而使得台灯的使用更加便捷。
无线能源台灯实物调试
图1为已经搭建完成的实物调试系统，包括一个信号发生器、一个放大器、4个线圈，以及作为负载的LED灯。其中信号发生器负责产生所需要的正弦波信号;放大器负责放大信号发生器所产生的正弦波，提高其功率与效率;线圈用于实现能量的无线传输;LED灯作为负载，用来指示是否成功实现能量的无线传输。
首先利用信号发生器产生一个幅值为200mV（毫伏）、频率为13.56MHz（兆赫）的正弦波信号，经放大器放大后并联接入驱动线圈两端，将负载线圈靠近驱动线圈，调节负载线圈的可变电容，使LED灯的亮度达到最大;然后调节驱动线圈的可变电容，再次使LED灯亮度达到最大，此时发射端的两个线圈已经达到共振状态。
加入发射线圈进行调节，调节负载线圈上的可变电容，观察LED灯是否发光。当LED灯发光时，应继续调节可变电容，使其亮度达到最大。然后微调发射线圈的可变电容，使LED灯亮度达到最大。此时，图2中的负载线圈与发射线圈达到共振状态。
最后加入接收线圈，由于此时已经有3个线圈达到共振状态，故直接调节可变电容，观察LED灯是否发光。经过调整，观察到LED灯发光;微调各个线圈的可变电容，使亮度达到最大，则说明4个线圈都达到了共振状态，如图3所示，能量通过磁共振耦合的方式实现了无线传输。
能量传输距离验证
调整线圈之间的距离，观察LED灯亮度的变化情况，并记录最大传输距离。
可以观察到，在距离小于25厘米时，随着距离的增加，LED灯的亮度几乎保持不变;当距离大于25厘米时，随着距离的增加，LED灯逐渐变暗，最后完全熄灭。当距离达到35厘米时，LED灯即将熄灭。超过此距离后，LED灯无法点亮，故此距离即为最大传输距离。
由此，可以得出结论，相比于传统的电磁感应式的无线能量传输系统，基于磁共振耦合的无线能量传输系统的有效传输距离耍更远，因此也就有了更大的应用空间。
能量传输方向性验证
保持线圈中心距离不变，调整接收端与发射端线圈轴线的角度，观察LED灯的亮度变化。可以观察到，在线圈中心距离不变的情况下，當线圈之间轴线呈90度时，LED灯熄灭;当角度小于90度时，LED灯迅速达到最大亮度，并在旋转至两者轴线完全共线的过程中，LED灯的亮度几乎不变。
由此，可以得出结论，基于磁共振耦合的无线能量传输系统具有近似全向性的特点。
能量传输障碍物影响验证
在发射端与接收端之间加入一些非金属障碍物，如书本、木头等，观察LED灯能否正常发光，并测量其最大传输距离是否受到影响。
可以观察到，加入2厘米厚的木板后，LED灯依然可以正常发光，且最大传输距离仍然为35厘米，故加入的障碍物并未对系统的能量传输产生影响。因此，验证了基于磁共振耦合的无线能量传输系统具有不受障碍物影响的特点。（责任编辑：白玉磊 责任校对：司明婧）
