一種無(wú)線供電演示裝置

鄭佳 郭學(xué)鋒

【摘要】本文主要介紹了一種基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線供電演示裝置，該裝置通過(guò)電能儲(chǔ)存和釋放的時(shí)間分配，來(lái)實(shí)現(xiàn)物體可沿運(yùn)動(dòng)面板做圓周運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了更好的無(wú)線供電的演示效果。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線;供電;電磁感應(yīng);演示

1.引言

目前在無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，諸如手機(jī)無(wú)線充電方面，都是使用較短程的傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸。而在無(wú)線供電演示方面，較為流行的為可供LED點(diǎn)亮的演示裝置，這些都是由于無(wú)線電能傳輸效率較低，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)可觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。本裝置采用電容儲(chǔ)能模塊和時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)積蓄無(wú)線傳輸?shù)碾娔?，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置的目的，提高了無(wú)線傳輸供電的演示效果。

2.裝置原理結(jié)構(gòu)及功能介紹

2.1 裝置結(jié)構(gòu)及電路示意圖

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，1.電源插頭，2.高頻信號(hào)發(fā)生裝置，3.發(fā)射線圈，4.接收線圈，5.電容儲(chǔ)能模塊，6.驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊，7.連接桿，8.時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)，9.運(yùn)動(dòng)面板，10.電刷軸承，11.輪子。

2.2 裝置原理

本裝置是一種無(wú)線供電演示裝置，它包括電源插頭，高頻信號(hào)發(fā)生裝置，發(fā)射線圈，接收線圈，電容儲(chǔ)能模塊，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊，連接桿，時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)，運(yùn)動(dòng)面板，電刷軸承和輪子;其主要特征在于：電源插頭連接運(yùn)動(dòng)面板上的高頻信號(hào)發(fā)生裝置，運(yùn)動(dòng)面板上設(shè)置有高頻信號(hào)發(fā)生裝置和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊，高頻信號(hào)發(fā)生裝置和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊通過(guò)連接桿連接，高頻信號(hào)發(fā)生裝置上端連接發(fā)射線圈，內(nèi)置有電刷軸承，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊和運(yùn)動(dòng)面板通過(guò)輪子連接，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊上粘合電容儲(chǔ)能模塊，其一側(cè)設(shè)置有時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)，電容儲(chǔ)能模塊上端連接接收線圈。

圖2 電路示意圖

本裝置通過(guò)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，并用儲(chǔ)能模塊對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)，在特定的時(shí)間釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)小車在運(yùn)動(dòng)面板上運(yùn)動(dòng)。其中電容儲(chǔ)能模塊由一個(gè)整流橋和一個(gè)電容組成，對(duì)接收線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行整流和存儲(chǔ)。時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)為一個(gè)占空比可調(diào)的方波脈沖發(fā)生器，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)可按既定的時(shí)間使電路斷開(kāi)和閉合，從而形成一個(gè)充電和放電時(shí)間可調(diào)的時(shí)鐘控制開(kāi)關(guān)。

該時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)由一個(gè)小的電池供電，且該電池并不接入裝置的無(wú)線供電系統(tǒng)。連接桿可使小車圍繞信號(hào)發(fā)生裝置做圓周運(yùn)動(dòng)，信號(hào)發(fā)生裝置中間有一個(gè)軸承，小車運(yùn)動(dòng)的同時(shí)可使信號(hào)發(fā)生裝置與其共同運(yùn)動(dòng)，保證發(fā)射線圈與接收線圈時(shí)刻保持正對(duì)。在高頻信號(hào)發(fā)生裝置及軸承下面安裝一個(gè)電刷，可避免該裝置在使用過(guò)程中因裝置自身旋轉(zhuǎn)造成輸電線纏繞。

2.3 功能及使用

使用時(shí)，先將時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并將占空比調(diào)為1s：5s，即開(kāi)關(guān)通1s，斷5s。電源插頭連接著高頻信號(hào)發(fā)生裝置，將電源插頭插入220V居民用電后，高頻信號(hào)發(fā)生裝置將工作，通過(guò)變壓變頻電路之后在發(fā)射線圈內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的高頻交流電流，變化的電流使發(fā)射線圈旁邊產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，通過(guò)發(fā)射線圈與接收線圈的耦合，在接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，由電容儲(chǔ)能模塊對(duì)電流進(jìn)行整流和存儲(chǔ)，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路放電，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電路存儲(chǔ)電能，存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng)，一次釋放的功率越大，因此就有足夠的電能使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)模塊工作，接收裝置就會(huì)在輪子的驅(qū)動(dòng)下在運(yùn)動(dòng)平板上做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于有連接桿，高頻信號(hào)發(fā)生裝置中有一個(gè)電刷軸承，發(fā)生裝置就會(huì)隨著接收裝置一塊兒做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可以保證發(fā)射線圈和接收線圈始終保持平行，電源線也會(huì)由于電刷的存在而不會(huì)纏繞。由于時(shí)鐘信號(hào)控制開(kāi)關(guān)的通斷為1s：5s，因此接收裝置的運(yùn)動(dòng)也是1s運(yùn)動(dòng)5s停的脈沖運(yùn)動(dòng)，1s的快速運(yùn)動(dòng)，5s的時(shí)間來(lái)蓄電，這段時(shí)間裝置也會(huì)依靠慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

3.結(jié)束語(yǔ)

本裝置屬于無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，是一種可供物體沿運(yùn)動(dòng)面板運(yùn)動(dòng)的無(wú)線供電演示裝置，可以作為各高校的演示實(shí)驗(yàn)儀，且演示效果較為明顯。

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