[发明专利]无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备

说明书

本发明属于无线电能测试技术领域，公开了一种无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备，包括：机械结构模块利用机械结构结合两相式步进电机带动电磁场测量探头到达空间各点，进行定位和固定；电磁场测量模进行电磁场强度测量；温度场测量模块对无线电能传输线圈关键点进行测量，对空间温度场进行测量；运动控制模块进行机械结构的准确即时控制；数据处理分析模块进行测量数据的存储。本发明利用EHP‑200长短波选频分析仪进行电磁场测量，尺寸小，测量值具备很好的平稳性和线性、精度高、灵敏度高。本发明能够有效测量X轴1.5m，Y轴1.5m，Z轴1m行程内的数据。

技术领域

本发明属于无线电能测试技术领域，尤其涉及一种无线电能传输电、磁、热及温升测试系统、方法、设备。

背景技术

目前，随着科学技术的不断发展，磁耦合谐振式无线电能传输(Wireless powertransfer)在2007年被MIT首次提出后，迅速引发全球相关研究人员进行深入研究。但是至今对于磁耦合谐振式无线电能传输的能量传输机理仍存在争议，而磁场作为能量传输的媒介，其磁场的大小与空间分布对于磁耦合谐振状态下无线电能传输机理研究具有重要意义。同时其传输空间的热场分布以及线圈温升研究对于WPT系统性能的可靠性研究及传输效率相当重要。

目前通常利用磁场仿真对磁场情况进行了解，但仿真与实际情况之间存在各种误差，因此实现对于无线电能传输装置磁场分布情况的测量具有实际意义。现阶段市场上存在的磁场测量仪器种类较多、较为精密的仪器价格高、体积大，测量频率范围较低，对于无线电能传输系统的测量适用性差，且价格昂贵。专门针对磁耦合谐振式WPT系统空间交变磁场测量的研究更少，因此研究开发一套实现WPT系统空间磁场测量的仪器十分必要。

磁场在整体上包括自然磁场和人造磁场两类，其中自然磁场又可以被细分为地磁场和生物磁场，随着人们认识和检测技术的发展，对磁场进行了更加细化的分类。按照磁场强度可以分为：超强磁场(大于10T)、中强磁场(10-4-10T)、弱磁场(10-9-10-4T)和微弱磁场(小于10-9T)等；以磁场频率作为划分标准，磁场可分为：静磁场、直流磁场、脉冲磁场、交流磁场；其中由稳恒电流激发的为静磁场，而交变磁场即时变磁场，磁场方向与大小不恒定，随时间变化。在时变磁场中，有一种很普遍的时变形式，就是场量随着时间做正弦或者余弦形式的变化，叫做时谐电磁场。不同磁场的效应也有所差别，因此针对不同磁场需要不同的测量方法。

根据不同磁场特性需要不同的测量方法，本装置主要研究交变磁场的测量。导电介质放入交变磁场中，通常会产生趋肤效应和涡流效应。根据导电媒质的不同，还会产生一些其他的效应。例如闭合线圈在交变磁场作用下会有电磁感应现象，矩形的半导体在交变磁场中产生霍尔效应，铁磁材料会表现出磁阻效应。这些原理都可以用来测量交变磁场，测量交变磁场的主要方法包括：感应线圈法、霍尔效应法、磁通门法、超导效应法、磁阻效应法等。

(1)感应线圈法

感应线圈法测量磁场利用线圈作为传感探测器。探测精度最弱可达20FT，且无测量上限。此种测量方法的测量频率为1Hz-1MHz，但是其测量磁场极易受环境影响，探测线圈的电阻、感应系数和输出电路等均会影响传感器的频率响应特性。

(2)磁通门法

磁通门传感器最早是在上世纪三十年代被用来测量地磁场，发展到现在，有了很多的改进。磁通门传感器可测量磁场强度为10-6～102G的直流或者缓慢变化的交流磁场。其主要是利用高磁导率的软磁材料作磁芯，运用法拉第电磁感应定律和磁芯在交流磁场中的次饱和原理研制的测量磁场的装置。近年来，随着工业信息科学技术发展，一些低损耗、低磁致伸缩、低矫顽力、高导磁率和高饱和磁效应的软磁材料的出现，以及计算机技术的应用，使得磁通门传感器向着集成化小型化方向发展，降低了其价格。主要应用在测量弱磁场方面，三分量磁通门传感器的应用较为广泛，其特点是体积小、稳定性高、安装简单，现已用在舰艇、地磁、磁性检测站、井中和金属探测等中磁场测量的场合。