一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置的製作方法
2023-06-04 18:06:21
專利名稱：一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置的設計。特別是涉及一種結構簡單，低成本，智能化，控制簡便、靈活，不易受幹擾的多種脈衝模式的能量傳送裝置。
技術背景 無接觸電能傳輸技術作為新的電能儲存和傳輸技術越來越受到國內外研究人員的關注，在電動汽車、航空航天、電力系統、能源交通、生物醫療、通訊技術等領域具有廣泛的應用前景。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展，為用電設備獲取電能帶來更大的自由；另一方面相比電磁輻射式傳能，近場區域能量具有非輻射的特點，因此該技術有較好的安全性，且電能發射端與接收端的設計難度也能得到很大的緩解，目前得到很大的關注和研究。本發明主要針對目前常用的持續型電磁耦合諧振傳能裝置在工作時所需的工作時間長且能量密度分散的缺點，給出了一種具有集中功率智能脈衝式無線電能傳輸裝置的基本原理和設計方法。其中採用帶火花間隙的大功率電容矩陣實現脈衝發生功能，並通過單片機經數模轉換器實現觸發控制，從而實現大功率可控脈衝輸出的功能，具有操作靈活、結構輕便和可持續工作的特點。
發明內容本發明所要解決的技術問題是，在脈衝發生的基礎上，通過單片機實現能量傳輸次數及模式的只能控制，從而實現對接收線圈短時、集中的能量無線傳輸。本發明所採用的技術方案是一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置，包括有脈衝發生電路(5)，還設置有控制電路(3)，通過220V工頻電源⑴及工頻整流電路(2)進行供電，用於接收脈衝發生電路(5)的信號，並根據所接收的信號發出對脈衝發生電路(5)進行控制的雷射信號；觸發電路(4)，用於接收控制電路(3)所發出的雷射信號，並使脈衝發生電路(5)處於導通工作狀態。脈衝發生電路(5)輸出端與能量發射線圈(6)相連接，在脈衝能量產生後，通過電磁場的耦合作用將能量傳輸到能量接收線圈(7)。所述的工頻整流電路(2)通過220V工頻電源(I)進行供電，將工頻交流電整流為直流後向控制電路(3)進行饋電。所述的控制電路(3)包括有接收脈衝發生電路(5)所發出的電磁波信號的感應天線(31)，與感應天線(31)相連的單片機(32)，以及與單片機(32)相連的控制輸出(33)；所述的控制輸出(33)是由雷射二極體D和光敏三極體Q組成，光敏三極體Q接收雷射二極體D的雷射信號，並通過集電極與觸發電路(I)相連向其輸出控制信號C，光敏三極體Q的發射極接地。所述的觸發電路⑷包括有繼電器KM1、大功率電晶體Ql和行輸出變壓器T，其中，繼電器KMl線圈一端連接控制電路(3)中光敏三極體Q的集電極，接收控制信號C，另一端連接24V電源；繼電器KMl的開關Kl 一端連接一個獨立於控制電路的24V電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率電晶體Ql發射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸8腳為輸出端，通過高壓矽堆Dl連接脈衝發生電路(5)，行輸出變壓器T輸出端4腳接地。所述的脈衝發生電路(5)是由多電容C並聯構成充電能量網絡，在每兩個電容C之間通過放電球隙(g)相連；所述的脈衝發生電路(5)的輸入端連接觸發電路(4)的輸出端HV，輸出端構成放電終端，對地進行脈衝放電。所述的能量發射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導線繞制的諧振頻率相同、品質因數很高且結構對稱的一組諧振器，二者負責將脈衝能量高效的從能量發射 線圈(6)無線傳送到能量接收線圈(7)。本發明的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，通過單片機、傳感器和執行機構，在一定範圍內檢測並控制脈衝的次數，滿足實際使用中的需要。實現了單片機在強電磁脈衝的影響下對電路進行控制，實現放電脈衝可控性，使得電磁脈衝能量智能的按照要求進行無線的傳遞，針對目前常用的持續型電磁耦合諧振傳能裝置在工作時所需的工作時間長且能量密度分散的缺點一種有效的解決方案。
圖I是本發明的整體結構原理圖；圖2是信號電路觸發的原理圖；圖3是短時集中大功率脈衝發生電路的原理圖；圖4是雷射控制信號電路的原理圖。圖5是脈衝能量無線傳輸原理圖其中I :220V工頻電源2:工頻整流電路3 :控制電路31 :感應天線32 :單片機33 :控制輸出4:觸發電路5:脈衝發生電路6 :能量發射線圈7 :能量接收線圈
具體實施方式
下面結合實例和附圖對本發明的智能脈衝式無線電能傳輸裝置做出詳細說明。如圖I所示，本發明的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，包括有脈衝發生電路(5)，還設置有控制電路(3)，用於接收信號並對脈衝發生電路(5)進行控制；觸發電路(4)用於接收控制電路(3)所發出的對脈衝發生電路(5)進行控制的雷射信號，並使脈衝發生電路
(5)處於導通工作狀態。其中控制電路(3)的電源由工頻整流電路⑵將220V工頻電源
(I)的電能整流後獲得。脈衝發生電路(5)輸出端接於能量發射線圈￠)，通過電磁場耦合的方式將能量無線傳輸到能量接收線圈(7)。如圖2所示，所述的觸發電路(4)包括有行輸出變壓器T、大功率電晶體Ql和繼電器KMl。其中繼電器KMl —端連接工頻整流電路(2)，另一端連接光敏三極體Q的集電極；繼電器KMl的開關Kl 一端連接工頻整流電路(2)，另一端連接行輸出變壓器T輸入端6腳；電晶體Ql的發射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸出端的8腳通過高壓矽堆Dl連接脈衝發生電路(5)。當繼電器KMl的開關Kl閉合時，大功率電晶體Ql截止，7腳電位升高而5腳降低，所以電流又由7腳流向5腳，此時大功率電晶體Ql再次導通，以上過程重複進行，相當於從行輸出變壓器T輸入了方波信號。根據電磁感應原理，最終就會產生比較穩定的直流高電壓，提供給脈衝發生電路(5)。如圖3所示，所述的脈衝發生電路(5)採用MARX(馬克思脈衝)發生器由多數個相同的電容C並聯連接，在每兩個電容C之間都接有一個阻值大於2M Ω的電阻R，在每兩個電容C的尾首之間都通過放電球隙g相連；所述脈衝發生電路(5)的輸入端連接觸發電路I的輸出端HV，輸出端構成放電終端進行脈衝放電。當所加電壓為+HV時，因為初始時放電球隙g並未被擊穿，故而斷路。所有的電容C並聯在電源兩側。對於每一個電容C而言，如果充滿電，其兩端的電勢差為+HV。每一次球隙擊穿則獲得一次升壓，經過η次升壓，在放電 終端，電壓升高為+nHV。從而在很短的時間內實現了電磁能量的集聚。如圖4所示，所述的控制電路(3)包括有接收脈衝發生電路(5)所發出的電磁波信號的感應天線31，與感應天線31相連的單片機32，以及與單片機32相連的控制輸出33，其中，所述的感應天線31 —端接收脈衝發生電路(5)所發出的電磁波信號FD，另一端與單片機32的PTA2腳相連接；所述的控制輸出33由雷射二極體D和光敏三極體Q組成，所述的雷射二極體D正極連接單片機32的PTAl腳，負極接VSS，光敏三極體Q接收雷射二極體D的雷射信號，並通過集電極與觸發電路I相連向其輸出控制信號C，光敏三極體Q發射極接地。在放電的同時產生強電磁脈衝，此時利用單片機32感應電磁脈衝信號。為了效果明顯，在單片機32的PTA2腳連接一個電感線圈來感受電磁波(如圖3中的感應天線31)。放電時，同時發出的強電磁波通過PTA2連接的感應天線31將電磁波信號轉化成電信號輸送到單片機32，觸發內部中斷，啟動相應的程序。如圖5所示，將放電終端引至能量發射線圈￠)，在產生脈衝能量同時，能量通過電磁場的耦合作用迅速的傳遞到能量接收線圈(7)上。由於能量發射線圈(6)與能量接收線圈(7)的品質因數都很高，因此可以實現能量的高效傳輸。本發明的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，首先通過單片機的控制板輸入相應參數。正常工作時首先看到放電球隙被逐級擊穿。每出現一次放電，單片機依靠感應電磁脈衝計數，同時數碼管的顯示數字會自動加1，直到放電次數達到預定次數，紅色雷射二極體就會熄滅，系統停止工作，表示預置能量傳輸過程的結束。
權利要求1.一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置，其特徵在於，包括有脈衝發生電路(5)，並設置有控制電路(3)，用於接收脈衝發生電路(5)的信號，並根據所接收的信號發出對脈衝發生電路(5)進行控制的雷射信號；觸發電路(4)，用於接收控制電路(3)所發出的對脈衝發生電路(5)進行控制的雷射信號，並使脈衝發生電路(5)處於導通工作狀態；脈衝發生電路(5)輸出端與能量發射線圈(6)相連接，在 脈衝能量產生後，通過電磁場的耦合作用將能量傳輸到能量接收線圈(7)。
2.根據權利要求I所述的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，其特徵還在於，所述的控制電路(3)包括有接收脈衝發生電路(5)所發出的電磁波信號的感應天線(31)，與感應天線(31)相連的單片機(32)，以及與單片機(32)相連的控制輸出(33)，其中，所述的感應天線(31)的一端接收脈衝發生電路(5)所發出的電磁波信號FD，另一端與單片機(32)的PTA2腳相連接；所述的控制輸出(33)是由雷射二極體D和光敏三極體Q組成，所述的雷射二極體D的正極連接單片機(32)的PTAl腳，負極接VSS，光敏三極體Q接收雷射二極體D的雷射信號，並通過集電極與觸發電路(4)相連向其輸出控制信號C，光敏三極體Q的發射極接地。
3.根據權利要求I所述的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，其特徵還在於，所述的觸發電路⑷包括有繼電器KM1、大功率電晶體Ql和行輸出變壓器T，其中，繼電器KMl線圈的一端連接控制電路(3)中的光敏三極體Q的集電極，接收控制信號C，另一端連接24V電源；繼電器KMl的開關Kl 一端連接一個獨立於控制電路的24V電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率電晶體Ql的發射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸出端的8腳為輸出端，通過高壓矽堆Dl連接脈衝發生電路(5)，行輸出變壓器T輸出端4腳接地。
4.根據權利要求I所述的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，其特徵還在於，所述的脈衝發生電路(5)是採用Marx發生器，具體是由多個電容C並聯組成充電網絡，在每兩個電容C的各相併聯端之間都接有一個阻值大於2ΜΩ的電阻R，在每兩個電容C的尾首之間都通過放電球隙(g)相連；所述的脈衝發生電路(5)的輸入端連接觸發電路⑷的輸出端HV，輸出端構成放電終端，對地進行脈衝放電，產生的電脈衝向控制電路⑶發出電磁波信號FD。
5.根據權利要求I所述的智能脈衝式無線電能傳輸裝置，其特徵還在於，能量發射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導線繞制的諧振頻率相同、品質因數很高且結構對稱的一組諧振器，二者負責將脈衝能量高效的從能量發射線圈(6)無線傳送到能量接收線圈(7)。
專利摘要本實用新型公開一種智能脈衝式無線電能傳輸裝置，屬於無線電能傳輸技術的一種新型應用，可廣泛用於航天、交通、軍事及通信領域。主要包括短時大功率脈衝發生電路、雷射信號控制電路以及脈衝觸發電路。功率脈衝發生電路採用Marx發生器原理，通過帶火花放電間隙的大功率電容矩陣實現。雷射信號控制電路有接收脈衝發生電路的電磁波信號的感應天線，與感應天線相連的單片機，以及與單片機相連的控制輸出。脈衝觸發電路由KM1繼電器、功率電晶體Q1和行輸出變壓器T組成。本實用新型實現了單片機在強電磁脈衝的影響下對放電進行控制。脈衝能量產生後加載到發射線圈上，並通過電磁耦合諧振原理將能量在短時間內傳送到接收線圈，實現能量的無線傳送。
文檔編號H02J17/00GK202495810SQ20122001129
公開日2012年10月17日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者張獻, 李勁松, 楊慶新, 金亮, 閆榮格, 高聖偉 申請人:天津工業大學