專利名稱：一種智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置的設(shè)計(jì)。特別是涉及ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，低成本，智能化，控制簡(jiǎn)便、靈活，不易受干擾的多種脈沖模式的能量傳送裝置。
背景技術(shù)：
無(wú)接觸電能傳輸技術(shù)作為新的電能儲(chǔ)存和傳輸技術(shù)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注，在電動(dòng)汽車、航空航天、電カ系統(tǒng)、能源交通、生物醫(yī)療、通訊技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展，為用電設(shè)備獲取電能帶來(lái)更大的自由； 另一方面相比電磁輻射式傳能，近場(chǎng)區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，因此該技術(shù)有較好的安全性，且電能發(fā)射端與接收端的設(shè)計(jì)難度也能得到很大的緩解，目前得到很大的關(guān)注和研九。本發(fā)明主要針對(duì)目前常用的持續(xù)型電磁耦合諧振傳能裝置在工作時(shí)所需的工作時(shí)間長(zhǎng)且能量密度分散的缺點(diǎn)，給出了ー種具有集中功率智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置的基本原理和設(shè)計(jì)方法。其中采用帶火花間隙的大功率電容矩陣實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生功能，并通過(guò)單片機(jī)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，從而實(shí)現(xiàn)大功率可控脈沖輸出的功能，具有操作靈活、 結(jié)構(gòu)輕便和可持續(xù)工作的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，在脈沖發(fā)生的基礎(chǔ)上，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)能量傳輸次數(shù)及模式的只能控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接收線圈短時(shí)、集中的能量無(wú)線傳輸。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)，還設(shè)置有控制電路(3)，通過(guò)220Vエ頻電源⑴及エ頻整流電路(2)進(jìn)行供電，用于接收脈沖發(fā)生電路( 的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路G)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路(5)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。脈沖發(fā)生電路(5)輸出端與能量發(fā)射線圈(6)相連接，在脈沖能量產(chǎn)生后，通過(guò)電磁場(chǎng)的耦合作用將能量傳輸?shù)侥芰拷邮站€圈(7)。所述的エ頻整流電路( 通過(guò)220Vエ頻電源(1)進(jìn)行供電，將エ頻交流電整流為直流后向控制電路C3)進(jìn)行饋電。所述的控制電路(3)包括有接收脈沖發(fā)生電路(5)所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線(31)，與感應(yīng)天線(31)相連的單片機(jī)(32)，以及與單片機(jī)(32)相連的控制輸出(33)； 所述的控制輸出(3 是由激光二極管D和光敏三極管Q組成，光敏三極管Q接收激光二極管D的激光信號(hào)，并通過(guò)集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(hào)(C)，光敏三極管Q 的發(fā)射極接地。所述的觸發(fā)電路⑷包括有繼電器KM1、大功率晶體管Ql和行輸出變壓器T，其中，繼電器Ml線圈一端連接控制電路⑶中光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(hào)(C)，另一端連接MV電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接ー個(gè)獨(dú)立于控制電路的MV電源，另ー 端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Ql發(fā)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(guò)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(guò)高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路( ，行輸出變壓器T輸出端4腳接地。所述的脈沖發(fā)生電路(5)是由多電容C并聯(lián)構(gòu)成充電能量網(wǎng)絡(luò)，在每?jī)蓚€(gè)電容C 之間通過(guò)放電球隙(g)相連；所述的脈沖發(fā)生電路(5)的輸入端連接觸發(fā)電路(4)的輸出端(HV)，輸出端構(gòu)成放電終端，對(duì)地進(jìn)行脈沖放電。所述的能量發(fā)射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導(dǎo)線繞制的諧振頻率相同、品質(zhì)因數(shù)很高且結(jié)構(gòu)對(duì)稱的一組諧振器，二者負(fù)責(zé)將脈沖能量高效的從能量發(fā)射線圈(6)無(wú)線傳送到能量接收線圈(7)。本發(fā)明的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，通過(guò)單片機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)檢測(cè)并控制脈沖的次數(shù)，滿足實(shí)際使用中的需要。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對(duì)電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)放電脈沖可控性，使得電磁脈沖能量智能的按照要求進(jìn)行無(wú)線的傳遞，針對(duì)目前常用的持續(xù)型電磁耦合諧振傳能裝置在工作時(shí)所需的工作時(shí)間長(zhǎng)且能量密度分散的缺點(diǎn)ー種有效的解決方案。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理圖2是信號(hào)電路觸發(fā)的原理圖3是短時(shí)集中大功率脈沖發(fā)生電路的原理圖
圖4是激光控制信號(hào)電路的原理圖。
圖5是脈沖能量無(wú)線傳輸原理圖
其中
1 :220Vエ頻電源2 工頻整流電路
3 控制電路31 感應(yīng)天線
32 單片機(jī)33 控制輸出
4 觸發(fā)電路5 脈沖發(fā)生電路
6 能量發(fā)射線圈7 能量接收線圈
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置做出詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)， 還設(shè)置有控制電路(3)，用于接收信號(hào)并對(duì)脈沖發(fā)生電路(5)進(jìn)行控制；觸發(fā)電路(4)用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路 (5)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。其中控制電路(3)的電源由エ頻整流電路(2)將220Vエ頻電源 (1)的電能整流后獲得。脈沖發(fā)生電路( 輸出端接于能量發(fā)射線圈(6)，通過(guò)電磁場(chǎng)耦合的方式將能量無(wú)線傳輸?shù)侥芰拷邮站€圈(7)。如圖2所示，所述的觸發(fā)電路(4)包括有行輸出變壓器T、大功率晶體管Ql和繼電器KM1。其中繼電器KMl—端連接エ頻整流電路O)，另一端連接光敏三極管Q的集電極； 繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接エ頻整流電路( ，另一端連接行輸出變壓器T輸入端6腳； 晶體管Ql的發(fā)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(guò)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(guò)高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路(5)。當(dāng)繼電器KMl的開關(guān)Kl閉合吋，大功率晶體管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(shí)大功率晶體管Ql再次導(dǎo)通，以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，相當(dāng)于從行輸出變壓器T輸入了方波信號(hào)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，最終就會(huì)產(chǎn)生比較穩(wěn)定的直流高電壓，提供給脈沖發(fā)生電路(5)。如圖3所示，所述的脈沖發(fā)生電路2采用MARX(馬克思脈沖)發(fā)生器由多數(shù)個(gè)相同的電容C并聯(lián)連接，在每?jī)蓚€(gè)電容C之間都接有ー個(gè)阻值大于2M Ω的電阻R，在每?jī)蓚€(gè)電容C的尾首之間都通過(guò)放電球隙g相連；所述脈沖發(fā)生電路2的輸入端連接觸發(fā)電路1的輸出端HV，輸出端構(gòu)成放電終端進(jìn)行脈沖放電。當(dāng)所加電壓為+HV吋，因?yàn)槌跏紩r(shí)放電球隙 g并未被擊穿，故而斷路。所有的電容C并聯(lián)在電源兩側(cè)。對(duì)于每一個(gè)電容C而言，如果充滿電，其兩端的電勢(shì)差為+HV。每一次球隙擊穿則獲得一次升壓，經(jīng)過(guò)η次升壓，在放電終端，電壓升高為+nHV。從而在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了電磁能量的集聚。如圖4所示，所述的控制電路C3)包括有接收脈沖發(fā)生電路( 所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線31，與感應(yīng)天線31相連的單片機(jī)32，以及與單片機(jī)32相連的控制輸出33， 其中，所述的感應(yīng)天線31 —端接收脈沖發(fā)生電路2所發(fā)出的電磁波信號(hào)FD，另一端與單片機(jī)32的PTA2腳相連接；所述的控制輸出33由激光二極管D和光敏三極管Q組成，所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)32的PTAl腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管 D的激光信號(hào)，并通過(guò)集電極與觸發(fā)電路1相連向其輸出控制信號(hào)C，光敏三極管Q發(fā)射極接地。在放電的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖，此時(shí)利用單片機(jī)32感應(yīng)電磁脈沖信號(hào)。為了效果明顯，在單片機(jī)32的PTA2腳連接ー個(gè)電感線圈來(lái)感受電磁波(如圖3中的感應(yīng)天線31)。 放電時(shí)，同時(shí)發(fā)出的強(qiáng)電磁波通過(guò)PTA2連接的感應(yīng)天線31將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸送到單片機(jī)32，觸發(fā)內(nèi)部中斷，啟動(dòng)相應(yīng)的程序。如圖5所示，將放電終端引至能量發(fā)射線圈(6)，在產(chǎn)生脈沖能量同吋，能量通過(guò)電磁場(chǎng)的耦合作用迅速的傳遞到能量接收線圈(7)上。由于能量發(fā)射線圈(6)與能量接收線圈(7)的品質(zhì)因數(shù)都很高，因此可以實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。本發(fā)明的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，首先通過(guò)單片機(jī)的控制板輸入相應(yīng)參數(shù)。正常工作時(shí)首先看到放電球隙被逐級(jí)擊穿。每出現(xiàn)一次放電，單片機(jī)依靠感應(yīng)電磁脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)數(shù)碼管的顯示數(shù)字會(huì)自動(dòng)加1，直到放電次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)，紅色激光二極管就會(huì)熄滅，系統(tǒng)停止工作，表示預(yù)置能量傳輸過(guò)程的結(jié)束。
權(quán)利要求
1.ー種智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在干，包括有脈沖發(fā)生電路0)，并設(shè)置有控制電路(3)，用于接收脈沖發(fā)生電路O)的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)發(fā)出對(duì)脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號(hào)；觸發(fā)電路(1)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對(duì)脈沖發(fā)生電路(2)進(jìn)行控制的激光信號(hào)，并使脈沖發(fā)生電路(2)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)；脈沖發(fā)生電路 (5)輸出端與能量發(fā)射線圈(6)相連接，在脈沖能量產(chǎn)生后，通過(guò)電磁場(chǎng)的耦合作用將能量傳輸?shù)侥芰拷邮站€圈(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，其特征還在干，所述的控制電路C3)包括有接收脈沖發(fā)生電路( 所發(fā)出的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線(31)，與感應(yīng)天線 (31)相連的單片機(jī)(32)，以及與單片機(jī)(32)相連的控制輸出(33)，其中，所述的感應(yīng)天線(31)的一端接收脈沖發(fā)生電路(2)所發(fā)出的電磁波信號(hào)(FD)，另一端與單片機(jī)(32)的 PTA2腳相連接；所述的控制輸出(3 是由激光二極管D和光敏三極管Q組成，所述的激光 ニ極管D的正極連接單片機(jī)(3 的PTAl腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管D 的激光信號(hào)，并通過(guò)集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(hào)(C)，光敏三極管Q的發(fā)射極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，其特征還在干，所述的觸發(fā)電路⑴包括有繼電器KM1、大功率晶體管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⑶中的光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(hào)(C)，另一端連接，24V電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接ー個(gè)獨(dú)立于控制電路的MV電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Ql的發(fā)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(guò)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(guò)高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路O)，行輸出變壓器T輸出端4腳接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，其特征還在干，所述的脈沖發(fā)生電路( 是采用Marx發(fā)生器，具體是由多個(gè)電容C并聯(lián)組成充電網(wǎng)絡(luò)，在每?jī)蓚€(gè)電容C 的各相并聯(lián)端之間都接有ー個(gè)阻值大于2ΜΩ的電阻R，在每?jī)蓚€(gè)電容C的尾首之間都通過(guò)放電球隙(g)相連；所述的脈沖發(fā)生電路⑵的輸入端連接觸發(fā)電路(1)的輸出端(HV)， 輸出端構(gòu)成放電終端，對(duì)地進(jìn)行脈沖放電，產(chǎn)生的電脈沖向控制電路C3)發(fā)出電磁波信號(hào) (FD)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，其特征還在干，能量發(fā)射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導(dǎo)線繞制的諧振頻率相同、品質(zhì)因數(shù)很高且結(jié)構(gòu)對(duì)稱的一組諧振器，二者負(fù)責(zé)將脈沖能量高效的從能量發(fā)射線圈(6)無(wú)線傳送到能量接收線圈⑵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種智能脈沖式無(wú)線電能傳輸裝置，屬于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的一種新型應(yīng)用，可廣泛用于航天、交通、軍事及通信領(lǐng)域。主要包括短時(shí)大功率脈沖發(fā)生電路、激光信號(hào)控制電路以及脈沖觸發(fā)電路。功率脈沖發(fā)生電路采用Marx發(fā)生器原理，通過(guò)帶火花放電間隙的大功率電容矩陣實(shí)現(xiàn)。激光信號(hào)控制電路有接收脈沖發(fā)生電路的電磁波信號(hào)的感應(yīng)天線，與感應(yīng)天線相連的單片機(jī)，以及與單片機(jī)相連的控制輸出。脈沖觸發(fā)電路由KM1繼電器、功率晶體管Q1和行輸出變壓器T組成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對(duì)放電進(jìn)行控制。脈沖能量產(chǎn)生后加載到發(fā)射線圈上，并通過(guò)電磁耦合諧振原理將能量在短時(shí)間內(nèi)傳送到接收線圈，實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳送。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102570631SQ201210007658
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者張獻(xiàn), 李勁松, 楊慶新, 金亮, 閆榮格, 高圣偉 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)