諧振感應耦合，或磁相位同步耦合（英語(yǔ)：Resonant inductive coupling）是當松散耦合的線(xiàn)圈之間的次級側發(fā)生諧振時(shí)耦合由松散狀況轉為強化狀態(tài)的現象。這是麻省理工學(xué)院類(lèi)型磁耦合共振的重要組成部分。

中文名

諧振感應耦合

外文名

Resonant inductive coupling

學(xué)科門(mén)類(lèi)

物理

分類(lèi)

電氣工程

來(lái)源

尼古拉·特斯拉認為通過(guò)特斯拉線(xiàn)圈無(wú)線(xiàn)供電。但它沒(méi)有成功。

詳解

最基本的諧振感應耦合由初級側驅動(dòng)線(xiàn)圈和次級側諧振電路組成。在這種情況下，由初級側觀(guān)察次級側的諧振狀態(tài)時(shí)，可發(fā)現為一對的兩個(gè)諧振頻率，其中的一個(gè)稱(chēng)為反諧振頻率（并聯(lián)諧振頻率 1），另一個(gè)稱(chēng)為諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率 1'）。次級線(xiàn)圈由短路電感和諧振電容組合為諧振電路。以次級側的諧振頻率(串聯(lián)諧振頻率)驅動(dòng)初級側線(xiàn)圈時(shí)，初級側與次級側線(xiàn)圈的磁場(chǎng)達到相位同步。結果因互磁通增加，在次級線(xiàn)圈得以產(chǎn)生最高電壓，并且初級線(xiàn)圈的銅損降低，發(fā)熱減少，效率相對提高。諧振感應耦合廣泛應用于諧振變壓器，無(wú)線(xiàn)供電和JR磁浮的車(chē)上供電。

麻省理工學(xué)院類(lèi)型的磁耦合諧振

麻省理工學(xué)院的磁耦合諧振電路如右圖所示：

諧振感應耦合

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

利用諧振感應耦合的歷史

尼古拉·特斯拉認為通過(guò)特斯拉線(xiàn)圈無(wú)線(xiàn)供電。但它沒(méi)有成功。

1978年，美國發(fā)明家約翰·喬治·博格爾試圖提供電動(dòng)汽車(chē)。

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(shí)現了世界上第一起非接觸式供電和輸送系統基于奧克蘭大學(xué)約翰·博伊斯理論的。

1994年，村田制造公司的開(kāi)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(shí)驗。

2010年7月，國際標準“Qi”由無(wú)線(xiàn)電力聯(lián)盟（WPC）制定。制定了5W或更小的移動(dòng)終端的標準。

機制細節

概述

該過(guò)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(xiàn)圈組成的電氣部件，電容器連接在線(xiàn)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的一個(gè)驅動(dòng)線(xiàn)圈和次級側的一個(gè)諧振電路組成。在這種情況下，當從初級側觀(guān)察次級側的諧振狀態(tài)時(shí)，觀(guān)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(xiàn)圈的諧振電容器被組合成的諧振電路。當初級線(xiàn)圈以次級側的諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率）驅動(dòng)時(shí)，初級線(xiàn)圈和次級線(xiàn)圈的磁場(chǎng)的相位被同步。其結果，在二次線(xiàn)圈中產(chǎn)生由于互感磁通的增加，并且所述初級線(xiàn)圈的銅損降低的最大電壓，發(fā)熱減少，效率相對提高。所述的諧振感應耦合是近場(chǎng)電能的無(wú)線(xiàn)傳輸磁耦合的線(xiàn)圈之間，這是一個(gè)的一部分諧振電路調諧到諧振以相同的頻率作為驅動(dòng)頻率。

共振態(tài)的耦合系數

在變壓器中，只有部分通過(guò)初級線(xiàn)圈的電流產(chǎn)生的磁通耦合到次級線(xiàn)圈，反之亦然。耦合的部分稱(chēng)為相互通量，不相耦合的部分稱(chēng)為漏磁通。當系統不處于共振狀態(tài)，這將導致出現在次級小于由線(xiàn)圈的匝數比預測開(kāi)路電壓。耦合程度由稱(chēng)為耦合系數的參數捕獲。耦合系數k被定義為變壓器開(kāi)路電壓比與從一個(gè)線(xiàn)圈耦合到另一個(gè)線(xiàn)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(gè)線(xiàn)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。

耦合系數是系統幾何結構的函數。它由兩個(gè)線(xiàn)圈之間的位置關(guān)系固定。在系統處于共振狀態(tài)和不處于共振狀態(tài)時(shí)，或者即使系統處于共振狀態(tài)并且產(chǎn)生大于匝數比的次級電壓時(shí)，耦合系數也不會(huì )改變。

據說(shuō)諧振系統是緊耦合的，松耦合的，臨界耦合的或過(guò)耦合的。如傳統鐵芯變壓器一樣，緊耦合是耦合系數大約為1時(shí)。過(guò)耦合是次級線(xiàn)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，并且當通帶中的轉移是最佳時(shí)臨界耦合是。松散耦合是指線(xiàn)圈彼此遠離時(shí)，大部分通量都會(huì )漏過(guò)輔助線(xiàn)圈。在特斯拉線(xiàn)圈中使用0.2左右，并且在更遠的距離上，例如感應無(wú)線(xiàn)電力傳輸，它可能低于0.01。