鄭佳 郭學(xué)鋒

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

【關(guān)鍵詞】無線;供電;電磁感應(yīng);演示

1.引言

目前在無線電能傳輸領(lǐng)域，諸如手機(jī)無線充電方面，都是使用較短程的傳輸，無法實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無線傳輸。而在無線供電演示方面，較為流行的為可供LED點(diǎn)亮的演示裝置，這些都是由于無線電能傳輸效率較低，無法直接實(shí)現(xiàn)驅(qū)動可觀的機(jī)械運(yùn)動。本裝置采用電容儲能模塊和時鐘信號控制開關(guān)積蓄無線傳輸?shù)碾娔?，以達(dá)到驅(qū)動機(jī)械裝置的目的，提高了無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.高頻信號發(fā)生裝置，3.發(fā)射線圈，4.接收線圈，5.電容儲能模塊，6.驅(qū)動馬達(dá)模塊，7.連接桿，8.時鐘信號控制開關(guān)，9.運(yùn)動面板，10.電刷軸承，11.輪子。

2.2 裝置原理

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

圖2 電路示意圖

本裝置通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)無線傳輸，并用儲能模塊對電能進(jìn)行存儲，在特定的時間釋放出來驅(qū)動小車在運(yùn)動面板上運(yùn)動。其中電容儲能模塊由一個整流橋和一個電容組成，對接收線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢進(jìn)行整流和存儲。時鐘信號控制開關(guān)為一個占空比可調(diào)的方波脈沖發(fā)生器，通過繼電器開關(guān)可按既定的時間使電路斷開和閉合，從而形成一個充電和放電時間可調(diào)的時鐘控制開關(guān)。

該時鐘信號控制開關(guān)由一個小的電池供電，且該電池并不接入裝置的無線供電系統(tǒng)。連接桿可使小車圍繞信號發(fā)生裝置做圓周運(yùn)動，信號發(fā)生裝置中間有一個軸承，小車運(yùn)動的同時可使信號發(fā)生裝置與其共同運(yùn)動，保證發(fā)射線圈與接收線圈時刻保持正對。在高頻信號發(fā)生裝置及軸承下面安裝一個電刷，可避免該裝置在使用過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，先將時鐘信號控制開關(guān)打開，并將占空比調(diào)為1s：5s，即開關(guān)通1s，斷5s。電源插頭連接著高頻信號發(fā)生裝置，將電源插頭插入220V居民用電后，高頻信號發(fā)生裝置將工作，通過變壓變頻電路之后在發(fā)射線圈內(nèi)產(chǎn)生一個穩(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，通過發(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，由電容儲能模塊對電流進(jìn)行整流和存儲，當(dāng)時鐘信號控制開關(guān)閉合時，電路放電，當(dāng)開關(guān)斷開時，電路存儲電能，存儲時間越長，一次釋放的功率越大，因此就有足夠的電能使驅(qū)動馬達(dá)模塊工作，接收裝置就會在輪子的驅(qū)動下在運(yùn)動平板上做圓周運(yùn)動，運(yùn)動時，由于有連接桿，高頻信號發(fā)生裝置中有一個電刷軸承，發(fā)生裝置就會隨著接收裝置一塊兒做圓周運(yùn)動，此時可以保證發(fā)射線圈和接收線圈始終保持平行，電源線也會由于電刷的存在而不會纏繞。由于時鐘信號控制開關(guān)的通斷為1s：5s，因此接收裝置的運(yùn)動也是1s運(yùn)動5s停的脈沖運(yùn)動，1s的快速運(yùn)動，5s的時間來蓄電，這段時間裝置也會依靠慣性繼續(xù)運(yùn)動。

3.結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社.

[2]李果，黃帥.中文版3ds Max標(biāo)準(zhǔn)教程[M].上?？茖W(xué)普及出版社.

[3][德]U梯策CH勝克.高級電子電路[M].

[4]全國高等學(xué)校第十屆物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會論文集.