一種無線供電演示裝置

鄭佳 郭學鋒

【摘要】本文主要介紹了一種基于電磁感應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，來實現物體可沿運動面板做圓周運動，達到了更好的無線供電的演示效果。

【關鍵詞】無線;供電;電磁感應;演示

1.引言

目前在無線電能傳輸領域，諸如手機無線充電方面，都是使用較短程的傳輸，無法實現較遠距離的無線傳輸。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，無法直接實現驅動可觀的機械運動。本裝置采用電容儲能模塊和時鐘信號控制開關積蓄無線傳輸的電能，以達到驅動機械裝置的目的，提高了無線傳輸供電的演示效果。

2.裝置原理結構及功能介紹

2.1 裝置結構及電路示意圖

圖1 結構示意圖

圖1中，1.電源插頭，2.高頻信號發生裝置，3.發射線圈，4.接收線圈，5.電容儲能模塊，6.驅動馬達模塊，7.連接桿，8.時鐘信號控制開關，9.運動面板，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，高頻信號發生裝置，發射線圈，接收線圈，電容儲能模塊，驅動馬達模塊，連接桿，時鐘信號控制開關，運動面板，電刷軸承和輪子;其主要特征在于：電源插頭連接運動面板上的高頻信號發生裝置，運動面板上設置有高頻信號發生裝置和驅動馬達模塊，高頻信號發生裝置和驅動馬達模塊通過連接桿連接，高頻信號發生裝置上端連接發射線圈，內置有電刷軸承，驅動馬達模塊和運動面板通過輪子連接，驅動馬達模塊上粘合電容儲能模塊，其一側設置有時鐘信號控制開關，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實現無線傳輸，并用儲能模塊對電能進行存儲，在特定的時間釋放出來驅動小車在運動面板上運動。其中電容儲能模塊由一個整流橋和一個電容組成，對接收線圈內產生的感應電動勢進行整流和存儲。時鐘信號控制開關為一個占空比可調的方波脈沖發生器，通過繼電器開關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的時鐘控制開關。

該時鐘信號控制開關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。連接桿可使小車圍繞信號發生裝置做圓周運動，信號發生裝置中間有一個軸承，小車運動的同時可使信號發生裝置與其共同運動，保證發射線圈與接收線圈時刻保持正對。在高頻信號發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打開，并將占空比調為1s：5s，即開關通1s，斷5s。電源插頭連接著高頻信號發生裝置，將電源插頭插入220V居民用電后，高頻信號發生裝置將工作，通過變壓變頻電路之后在發射線圈內產生一個穩定的高頻交流電流，變化的電流使發射線圈旁邊產生變化的磁場，通過發射線圈與接收線圈的耦合，在接收線圈中產生感應電流，由電容儲能模塊對電流進行整流和存儲，當時鐘信號控制開關閉合時，電路放電，當開關斷開時，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動馬達模塊工作，接收裝置就會在輪子的驅動下在運動平板上做圓周運動，運動時，由于有連接桿，高頻信號發生裝置中有一個電刷軸承，發生裝置就會隨著接收裝置一塊兒做圓周運動，此時可以保證發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的通斷為1s：5s，因此接收裝置的運動也是1s運動5s停的脈沖運動，1s的快速運動，5s的時間來蓄電，這段時間裝置也會依靠慣性繼續運動。

3.結束語

本裝置屬于無線電能傳輸領域，是一種可供物體沿運動面板運動的無線供電演示裝置，可以作為各高校的演示實驗儀，且演示效果較為明顯。

參考文獻

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