基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈及检测方法技术

本发明专利技术属于无线电能传输技术领域，公开了一种基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈及检测方法，使用Maxwell软件搭建出3D的线圈模型，并对其进行仿真得出线圈的自感、互感、耦合系数；使用SIMPOLERE模块搭建外电路并与线圈模型进行耦合，在不同频率下，分析传输特性；PCB线圈设置有：第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和第二线圈两端的内侧接头和外侧接头通过铜线连接，第一线圈与第二线圈的材料为铜，第一线圈与第二线圈之间的垂直距离为10cm。本发明专利技术的线圈耦合系数达到0.5以上，当线圈与不同频率的外电路耦合时，外加电流的频率与电路的谐振频率一致时，其传输效率最大。

【技术实现步骤摘要】
基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈及检测方法
本专利技术属于无线电能传输
，尤其涉及一种基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈及检测方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：人类发展历史至今共经历了三次的工业革命，其分别为蒸汽时代、电气时代、科技时代。无线电能传输，也称为非接触式电能传输，是指电能通过非接触的方法给用电设备供电的技术。该技术可以摆脱金属导线的束缚，实现电子设备不受空间限制的电能供给，而且具有不需要接插环节、无导线裸露、无触电漏电等优势。电已经在生活中存在着广泛的应用，使世界上的每个角落里都在以电能为基础，为人们的生活提供了不少便利，但是电能主要是通过金属导线传输，金属导线在实际应用中存在着一定弊端，比如金属导线在电流传导的过程中会发热，当电线老化的时候会有引起火灾的隐患，金属导线有一定阻值在传递的过程中会造成损耗，现实生活中大量导线的铺设会造成施工和维护的难度大。移动设备普及化进程中，用金属导线传递电能的电子设备的缺点日益明显。这种“有线”供电方式明显已经不符合时代的需求了。近年来发展的无线传感器、无线终端、人体植入医疗等技术，由于不能采用传统导线的供电方式而遇到发展的瓶颈。人们对电子设备的要求在不断提高，导致用传统导线电能传输已经不能满足人们的需求，于是人们逐渐开始探索无线能量传输技术。无线电能传输(WirelessPowerTransmission，简称WPT)，也称为非接触式电能传输，是指电源通过非接触的方式给用电设备供电的技术。该技术可以脱离金属导线的束缚，实现电子设备的电能供给不受空间的限制，拥有不需要接插环节、无导线裸露、无触电漏电等优势，从而必定是时代的所需。小到手机、笔记本电脑、鼠标，大到公共汽车。汽车。电动车，无线电能传输技术已经慢慢的给问本专利技术的生活带来了很大改变。无线电能传输技术的发展必将引起生活、工业以及医疗上的巨大改变，说是第四次工业革命也不为过。为了让人们早日享受到无线电能传输带来的便利，研制出具有高效率、高稳定性、灵活方便等特点的无线电能传输系统已经成为近年来众多学者与工程师热捧的研究课题。无线电能传输提出于19世纪末期，并且在近一段时间内得到国内外科学家进一步的探索。目前无线电能传输技术大体可分为三种传输技术：电磁感应耦合式无线电能传输技术、电磁耦合谐振式无线电能传输技术和微波式无线电能传输技术，三种无线电能传输技术各有各自的优缺点，其中感应式技术比较成熟，而谐振式技术以其传输距离长、电磁辐射小、穿透性强等特点得到国内外学者的关注，并深入研究。交流电和无线电的专利技术人、著名的美籍物理学家NikolaTesla是世界上第一个从事无线电能传输技术研究与实验的科学家。他在1893年的芝加哥博览会上，利用无线电能传输原理，在不用导线的情况下点亮了一盏照明电此后，他有建成了著名的TeslaTower，尝试着利用谐振无线电能传输原理，在没有金属导线的情况下，点亮了位于25千米外的氖气照明电灯，虽然最终没有成功，但是他开启了人类研究无线电能传输的历史。这是人类对无线电能传输的早期试探，该实验深深地启发了后来的学者，并引起人们对无线电能传输的关注。在目前无线电能传输技术主要有三类：一是在分离变压器的原理上的电磁感应耦合方式，其供电部分与受电部分可以等效成一组可以分离的变压器，当供电部分中流过高频电流时，受电部分就会感应出同频电流。其中传输功率是非常理想的，而且这项技术已经发展的非常完善了，但是通常都是用于距离较近的(厘米级)传输；二是非辐射磁共振耦合方式，其原理是通过利用两个或者多个具有相同谐振频率及品质因数较高的电磁系统，通过特定频率的电感及电容的耦合作用下产生电磁谐振，其磁能被吸收并转化为电能重新输出。这种传输方式在数米的范围内都可以实现无线供电，有障碍物存在时也可以高效的传输，是一种比较新颖且更有发展潜力的方式；三是基于微波辐射的传输方式，通过将电能转化为微波，然后经过天线来发射和接收，这种传输方式适用于电能的远距离传送。其缺点是由于不能绕过障碍物，受天气的印象，传输功率小。因此在电能传输方面还具有较大的局限性。2001年5月，国际无线电力传输技术会议在法属留尼汪岛召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。2006年10月日本展示出了一种无线电传输系统。该系统的输出部分电力为7V、400mA，接收和发射线圈之间的间距为4mm时，传输效率最大为50％，可以用于手机快速充电。2007年6月麻省理工学院的研究人员已经实现了在短距离内的无线电力传输，他们通过电磁感应利用磁耦合共振原理成功地点亮了离电源2m多远处的一个60w灯泡。2007年以前无线电能传输系统技术主要是ICPT-WPT技术。在2007年以后，自从麻省理工学院提出的MCR-WPT技术后，研究者发现MCR技术比ICPT技术具有传输距离更远而且效率高的特点，所以对于WPT的研究主要转到MRC上。MCR-WPT技术是一种高效的中距离电能传输新技术，对人体无危害、具有电磁辐射小、可穿透非磁性障碍物等优点。随着磁祸合谐振无线电能传输技术的发展。2011年，日本科学家结合基尔霍夫电路原理和诺依曼公式研究传输距离与传输效率之间的关系，得出距离一定的情况下，获取最大传输效率必须满足的条件并通过实验加以验证，还得出不同传输距离要获取最大传输效率的最佳匹配阻抗。虽然国内对无线电能传输技术的研究相对比较晚一些，但是国内研究学者也取得了很大的突破。哈尔滨工业大学朱春波教授研究磁祸合谐振中多线圈的问题，线圈之间的交叉祸合使系统的效率受影响，为了解决系统传输效率最优化问题，设计出一种多线圈磁祸合谐振WPT系统，基于能量分布摆放多个线圈，让系统结构更加合理，获得了不错的传输指标。朱春波教授课题组搭建磁祸合谐振WPT平台，实现相距83厘米，给液晶显示器提供220V电压，传输功率达到60.1％。2007年，重庆大学孙跃教授课题组研制出了可应用于多种场合的无线电能传输装置，能够实现600W-1KW的电能输出，传输效率为70％，并且能够向多个用电设备同时供电，即使用电设备频繁增减，也不会影响其他供电设备的稳定性。河北工业大学徐桂芝教授等的课题组从2007年开始也对体内植入器件感应式无线电能传输方法做了许多研究工作，并针对脑深部电刺激器进行硬件传能系统的设计。在关于体内诊疗装置，植入式生物遥测装置以及心脏起搏器和脑起搏器等无线电能传输系统方面，上海交通大学、天津大学、南京航空航天大学、清华大学等研究机构也取得了突出成果。随着科技的快速发展，电能已经是最主要的基础能源之一，所以无线电能传输的发展已经是时代所需的。如今在汽车、手机、医药等诸多领域中随处可见无线电传输技术的存在。感应式无线充电技术的成熟，越来越多的植入式系统或植入式设备采用无线充电的方式。植入在人体的电子设备统称为植入式设备，主要用于检测人体的各项生理变化，监控指标变化，治疗或者辅助诊断疾病。植入式设备目前已经成为医疗进步的一个重要支撑点。目前广泛运用于医疗上的有人工耳蜗、心脏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法，其特征在于，所述基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法包括：使用Maxwell软件搭建3D的线圈模型，并进行仿真，得出线圈的自感、互感、耦合系数；使用SIMPOLERE模块搭建外电路并与线圈模型进行耦合，在不同频率下，分析传输特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法，其特征在于，所述基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法包括：使用Maxwell软件搭建3D的线圈模型，并进行仿真，得出线圈的自感、互感、耦合系数；使用SIMPOLERE模块搭建外电路并与线圈模型进行耦合，在不同频率下，分析传输特性。2.如权利要求1所述的基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法，其特征在于，所述基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法中，电源发出功率PU为：PU＝UI1电阻R1消耗功率P1为：P1＝I12R1线圈的接收功率P2为：P2＝I22R2传输效率为：3.一种实现权利要求1～2任意一项所述基于磁耦合谐振的无线电传输平面PCB线圈检测方法的计算机程序。4.一种实现权利要求1～2任意一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁世超，王洪涛，韩梁，
申请(专利权)人：宁德师范学院，
类型：发明
国别省市：福建,35