諧振感應(yīng)耦合機(jī)制細(xì)節(jié)

諧振感應(yīng)耦合概述

該過程發(fā)生在諧振變壓器中，該諧振變壓器是由纏繞在相同鐵芯上的高Q線圈組成的電氣部件，電容器連接在線圈兩端以形成耦合LC電路。

最基本的諧振電感耦合由初級側(cè)的一個驅(qū)動線圈和次級側(cè)的一個諧振電路組成。在這種情況下，當(dāng)從初級側(cè)觀察次級側(cè)的諧振狀態(tài)時，觀察到兩對共振。其中之一就是所謂的反諧振頻率（并聯(lián)諧振頻率1），以及另一種是所謂的諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率1' ）。所述的短路電感和次級線圈的諧振電容器被組合成的諧振電路。當(dāng)初級線圈以次級側(cè)的諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率）驅(qū)動時，初級線圈和次級線圈的磁場的相位被同步。其結(jié)果，在二次線圈中產(chǎn)生由于互感磁通的增加，并且所述初級線圈的銅損降低的最大電壓，發(fā)熱減少，效率相對提高。所述的諧振感應(yīng)耦合是近場電能的無線傳輸磁耦合的線圈之間，這是一個的一部分諧振電路調(diào)諧到諧振以相同的頻率作為驅(qū)動頻率。

諧振感應(yīng)耦合共振態(tài)的耦合系數(shù)

在變壓器中，只有部分通過初級線圈的電流產(chǎn)生的磁通耦合到次級線圈，反之亦然。耦合的部分稱為相互通量，不相耦合的部分稱為漏磁通。當(dāng)系統(tǒng)不處于共振狀態(tài)，這將導(dǎo)致出現(xiàn)在次級小于由線圈的匝數(shù)比預(yù)測開路電壓。耦合程度由稱為耦合系數(shù)的參數(shù)捕獲。耦合系數(shù)k被定義為變壓器開路電壓比與從一個線圈耦合到另一個線圈的所有磁通量所得到的比率之比。k的值介于0和±1之間。每個線圈電感可以概念上以比例k和（1-k）分成兩部分。這些分別是產(chǎn)生相互磁通的電感和產(chǎn)生漏磁通的電感。

耦合系數(shù)是系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。它由兩個線圈之間的位置關(guān)系固定。在系統(tǒng)處于共振狀態(tài)和不處于共振狀態(tài)時，或者即使系統(tǒng)處于共振狀態(tài)并且產(chǎn)生大于匝數(shù)比的次級電壓時，耦合系數(shù)也不會改變。

據(jù)說諧振系統(tǒng)是緊耦合的，松耦合的，臨界耦合的或過耦合的。如傳統(tǒng)鐵芯變壓器一樣，緊耦合是耦合系數(shù)大約為1時。過耦合是次級線圈如此接近并且互通量的形成受到反共振的影響而受到阻礙，并且當(dāng)通帶中的轉(zhuǎn)移是最佳時臨界耦合是。松散耦合是指線圈彼此遠(yuǎn)離時，大部分通量都會漏過輔助線圈。在特斯拉線圈中使用0.2左右，并且在更遠(yuǎn)的距離上，例如感應(yīng)無線電力傳輸，它可能低于0.01。2100433B

尼古拉·特斯拉認(rèn)為通過特斯拉線圈無線供電。但它沒有成功。

1978年，美國發(fā)明家約翰·喬治·博格爾試圖提供電動汽車。

1989年，八電子提出了與WiTricity的磁耦合諧振原理完全相同的電路。

1993年，日本大福公司實現(xiàn)了世界上第一起非接觸式供電和輸送系統(tǒng)基于奧克蘭大學(xué)約翰·博伊斯理論的。

1994年，村田制造公司的開發(fā)商宣布“磁耦合諧振技術(shù)”。

2006年11月，麻省理工學(xué)院（MIT）的馬林·索爾賈?？顺晒α?米傳輸實驗。

2010年7月，國際標(biāo)準(zhǔn)“Qi”由無線電力聯(lián)盟（WPC）制定。制定了5W或更小的移動終端的標(biāo)準(zhǔn)。

麻省理工學(xué)院的磁耦合諧振電路如圖1所示：

麻省理工學(xué)院在2006年通過磁耦合諧振(磁耦合共振)在2m的功率傳輸實驗中成功。麻省理工學(xué)院的磁諧振是其中將初級側(cè)諧振加到基本磁諧振以便增加功率傳輸強(qiáng)度的諧振。這相當(dāng)于在高電壓下驅(qū)動初級線圈。因此，麻省理工學(xué)院型磁諧振的特征在于初級側(cè)上的諧振線圈和次級側(cè)上的諧振線圈是成對的。

最基本的諧振感應(yīng)耦合由初級側(cè)驅(qū)動線圈和次級側(cè)諧振電路組成。 在這種情況下，由初級側(cè)觀察次級側(cè)的諧振狀態(tài)時，可發(fā)現(xiàn)為一對的兩個諧振頻率，其中的一個稱為反諧振頻率（并聯(lián)諧振頻率 1），另一個稱為諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率 1'）。次級線圈由短路電感和諧振電容組合為諧振電路。以次級側(cè)的諧振頻率(串聯(lián)諧振頻率)驅(qū)動初級側(cè)線圈時，初級側(cè)與次級側(cè)線圈的磁場達(dá)到相位同步。結(jié)果因互磁通增加，在次級線圈得以產(chǎn)生最高電壓，并且初級線圈的銅損降低，發(fā)熱減少，效率相對提高。諧振感應(yīng)耦合廣泛應(yīng)用于諧振變壓器，無線供電和JR磁浮的車上供電。

ω0稱為電路的固有諧振角頻率，簡稱諧振角頻率，因為它只由電路本身的參數(shù)L，C所決定。電路的諧振頻率則為

諧振阻抗，特征阻抗與品質(zhì)因數(shù)

電路在諧振時的輸入阻抗稱為諧振阻抗，用Z0表示。由于諧振時的電抗X=0，故諧振阻抗為

Z₀=R

可見Z0為純電阻，其值為最小。

諧振時的感抗X_L0和容抗X_C0稱為電路的特征阻抗，用ρ表示。即

可見ρ只與電路參數(shù)L，C有關(guān)，而與ω?zé)o關(guān)，且有X_L0=X_C0。

品質(zhì)因數(shù)用Q表示，定義為特征阻抗ρ與電路的總電阻R之比，即

Q=ρ/R=X_L0/R=X_C0/R

在電子工程中，Q值一般在10-500之間。由上式可得

ρ=X_L0=X_C0=QR

故可得諧振阻抗的又一表示式為

Z₀=R=ρ/Q

在電路分析中一般多采用電路元件的品質(zhì)因數(shù)。電感元件與電容元件的品質(zhì)因數(shù)分別定義為

即電路的品質(zhì)因數(shù)Q，實際上可認(rèn)為就是電感元件的品質(zhì)因數(shù)QL。以后若提到品質(zhì)因數(shù)Q，今指QL。

把振動物體看作不考慮體積的微粒（或質(zhì)點，點電荷）的時候，該振動物體就叫諧振子。

所謂諧振，在運(yùn)動學(xué)就是簡諧振動，該振動是物體在一個位置附近往復(fù)偏離該振動中心位置（即平衡位置）進(jìn)行運(yùn)動，在這個振動形式下，物體受力的大小總是和他偏離平衡位置的距離成正比，并且受力方向總是指向平衡位置。

電學(xué)諧振指的是電磁學(xué)物理量的強(qiáng)度在一個中值上下進(jìn)行波動，也是類似運(yùn)動學(xué)的諧振。

振動是粒子運(yùn)動的另一種形式，諧振子（harmonic oscillator)的振動，是最簡單的理想振動模型。這里將把定態(tài)薛定諤方程應(yīng)用于一維諧振子和三維諧振子系統(tǒng)，求解得到其波函數(shù)和能量。