諧振感應(yīng)耦合，或磁相位同步耦合（英語(yǔ)：Resonant inductive coupling）是當(dāng)松散耦合的線圈之間的次級(jí)側(cè)發(fā)生諧振時(shí)耦合由松散狀況轉(zhuǎn)為強(qiáng)化狀態(tài)的現(xiàn)象。這是麻省理工學(xué)院類型磁耦合共振的重要組成部分。

中文名

諧振感應(yīng)耦合

外文名

Resonant inductive coupling

學(xué)科門類

物理

分類

電氣工程

來(lái)源

尼古拉·特斯拉認(rèn)為通過(guò)特斯拉線圈無(wú)線供電。但它沒(méi)有成功。

詳解

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

麻省理工學(xué)院類型的磁耦合諧振

麻省理工學(xué)院的磁耦合諧振電路如右圖所示：

諧振感應(yīng)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(yàn)中成功。麻省理工學(xué)院的磁諧振是其中將初級(jí)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(dòng)初級(jí)線圈。因此，麻省理工學(xué)院型磁諧振的特征在于初級(jí)側(cè)上的諧振線圈和次級(jí)側(cè)上的諧振線圈是成對(duì)的。

利用諧振感應(yīng)耦合的歷史

尼古拉·特斯拉認(rèn)為通過(guò)特斯拉線圈無(wú)線供電。但它沒(méi)有成功。

1978年，美國(guó)發(fā)明家約翰·喬治·博格爾試圖提供電動(dòng)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(shí)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(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·索爾賈希克成功了2米傳輸實(shí)驗(yàn)。

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

機(jī)制細(xì)節(jié)

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(jí)側(cè)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈和次級(jí)側(cè)的一個(gè)諧振電路組成。在這種情況下，當(dāng)從初級(jí)側(cè)觀察次級(jí)側(cè)的諧振狀態(tài)時(shí)，觀察到兩對(duì)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(jí)線圈的諧振電容器被組合成的諧振電路。當(dāng)初級(jí)線圈以次級(jí)側(cè)的諧振頻率（串聯(lián)諧振頻率）驅(qū)動(dòng)時(shí)，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的磁場(chǎng)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(jí)線圈的銅損降低的最大電壓，發(fā)熱減少，效率相對(duì)提高。所述的諧振感應(yīng)耦合是近場(chǎng)電能的無(wú)線傳輸磁耦合的線圈之間，這是一個(gè)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(dòng)頻率。

共振態(tài)的耦合系數(shù)

在變壓器中，只有部分通過(guò)初級(jí)線圈的電流產(chǎn)生的磁通耦合到次級(jí)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(jí)小于由線圈的匝數(shù)比預(yù)測(cè)開(kāi)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(kāi)路電壓比與從一個(gè)線圈耦合到另一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，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(jí)電壓時(shí)，耦合系數(shù)也不會(huì)改變。

據(jù)說(shuō)諧振系統(tǒng)是緊耦合的，松耦合的，臨界耦合的或過(guò)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(shí)。過(guò)耦合是次級(jí)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(shí)臨界耦合是。松散耦合是指線圈彼此遠(yuǎn)離時(shí)，大部分通量都會(huì)漏過(guò)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(wú)線電力傳輸，它可能低于0.01。