专利名称：一种智能脉冲式无线电能传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能脉冲式无线电能传输装置的设计。特别是涉及一种结构简单，低成本，智能化，控制简便、灵活，不易受干扰的多种脉冲模式的能量传送装置。
技术背景 无接触电能传输技术作为新的电能储存和传输技术越来越受到国内外研究人员的关注，在电动汽车、航空航天、电力系统、能源交通、生物医疗、通讯技术等领域具有广泛的应用前景。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展，为用电设备获取电能带来更大的自由；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，因此该技术有较好的安全性，且电能发射端与接收端的设计难度也能得到很大的缓解，目前得到很大的关注和研究。本发明主要针对目前常用的持续型电磁耦合谐振传能装置在工作时所需的工作时间长且能量密度分散的缺点，给出了一种具有集中功率智能脉冲式无线电能传输装置的基本原理和设计方法。其中采用带火花间隙的大功率电容矩阵实现脉冲发生功能，并通过单片机经数模转换器实现触发控制，从而实现大功率可控脉冲输出的功能，具有操作灵活、结构轻便和可持续工作的特点。
发明内容本发明所要解决的技术问题是，在脉冲发生的基础上，通过单片机实现能量传输次数及模式的只能控制，从而实现对接收线圈短时、集中的能量无线传输。本发明所采用的技术方案是一种智能脉冲式无线电能传输装置，包括有脉冲发生电路(5)，还设置有控制电路(3)，通过220V工频电源⑴及工频整流电路(2)进行供电，用于接收脉冲发生电路(5)的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号；触发电路(4)，用于接收控制电路(3)所发出的激光信号，并使脉冲发生电路(5)处于导通工作状态。脉冲发生电路(5)输出端与能量发射线圈(6)相连接，在脉冲能量产生后，通过电磁场的耦合作用将能量传输到能量接收线圈(7)。所述的工频整流电路(2)通过220V工频电源(I)进行供电，将工频交流电整流为直流后向控制电路(3)进行馈电。所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号的感应天线(31)，与感应天线(31)相连的单片机(32)，以及与单片机(32)相连的控制输出(33)；所述的控制输出(33)是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路(I)相连向其输出控制信号C，光敏三极管Q的发射极接地。所述的触发电路⑷包括有继电器KM1、大功率晶体管Ql和行输出变压器T，其中，继电器KMl线圈一端连接控制电路(3)中光敏三极管Q的集电极，接收控制信号C，另一端连接24V电源；继电器KMl的开关Kl 一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Ql发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻Rl连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输8脚为输出端，通过高压硅堆Dl连接脉冲发生电路(5)，行输出变压器T输出端4脚接地。所述的脉冲发生电路(5)是由多电容C并联构成充电能量网络，在每两个电容C之间通过放电球隙(g)相连；所述的脉冲发生电路(5)的输入端连接触发电路(4)的输出端HV，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电。所述的能量发射线圈(6)与能量接收线圈(7)是由紫铜管或者导线绕制的谐振频率相同、品质因数很高且结构对称的一组谐振器，二者负责将脉冲能量高效的从能量发射 线圈(6)无线传送到能量接收线圈(7)。本发明的智能脉冲式无线电能传输装置，通过单片机、传感器和执行机构，在一定范围内检测并控制脉冲的次数，满足实际使用中的需要。实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对电路进行控制，实现放电脉冲可控性，使得电磁脉冲能量智能的按照要求进行无线的传递，针对目前常用的持续型电磁耦合谐振传能装置在工作时所需的工作时间长且能量密度分散的缺点一种有效的解决方案。
图I是本发明的整体结构原理图；图2是信号电路触发的原理图；图3是短时集中大功率脉冲发生电路的原理图；图4是激光控制信号电路的原理图。图5是脉冲能量无线传输原理图其中I :220V工频电源2:工频整流电路3 :控制电路31 :感应天线32 :单片机33 :控制输出4:触发电路5:脉冲发生电路6 :能量发射线圈7 :能量接收线圈
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的智能脉冲式无线电能传输装置做出详细说明。如图I所示，本发明的智能脉冲式无线电能传输装置，包括有脉冲发生电路(5)，还设置有控制电路(3)，用于接收信号并对脉冲发生电路(5)进行控制；触发电路(4)用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路
(5)处于导通工作状态。其中控制电路(3)的电源由工频整流电路⑵将220V工频电源
(I)的电能整流后获得。脉冲发生电路(5)输出端接于能量发射线圈￠)，通过电磁场耦合的方式将能量无线传输到能量接收线圈(7)。如图2所示，所述的触发电路(4)包括有行输出变压器T、大功率晶体管Ql和继电器KMl。其中继电器KMl —端连接工频整流电路(2)，另一端连接光敏三极管Q的集电极；继电器KMl的开关Kl 一端连接工频整流电路(2)，另一端连接行输出变压器T输入端6脚；晶体管Ql的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻Rl连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚通过高压硅堆Dl连接脉冲发生电路(5)。当继电器KMl的开关Kl闭合时，大功率晶体管Ql截止，7脚电位升高而5脚降低，所以电流又由7脚流向5脚，此时大功率晶体管Ql再次导通，以上过程重复进行，相当于从行输出变压器T输入了方波信号。根据电磁感应原理，最终就会产生比较稳定的直流高电压，提供给脉冲发生电路(5)。如图3所示，所述的脉冲发生电路(5)采用MARX(马克思脉冲)发生器由多数个相同的电容C并联连接，在每两个电容C之间都接有一个阻值大于2M Ω的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙g相连；所述脉冲发生电路(5)的输入端连接触发电路I的输出端HV，输出端构成放电终端进行脉冲放电。当所加电压为+HV时，因为初始时放电球隙g并未被击穿，故而断路。所有的电容C并联在电源两侧。对于每一个电容C而言，如果充满电，其两端的电势差为+HV。每一次球隙击穿则获得一次升压，经过η次升压，在放电 终端，电压升高为+nHV。从而在很短的时间内实现了电磁能量的集聚。如图4所示，所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号的感应天线31，与感应天线31相连的单片机32，以及与单片机32相连的控制输出33，其中，所述的感应天线31 —端接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号FD，另一端与单片机32的PTA2脚相连接；所述的控制输出33由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D正极连接单片机32的PTAl脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路I相连向其输出控制信号C，光敏三极管Q发射极接地。在放电的同时产生强电磁脉冲，此时利用单片机32感应电磁脉冲信号。为了效果明显，在单片机32的PTA2脚连接一个电感线圈来感受电磁波(如图3中的感应天线31)。放电时，同时发出的强电磁波通过PTA2连接的感应天线31将电磁波信号转化成电信号输送到单片机32，触发内部中断，启动相应的程序。如图5所示，将放电终端引至能量发射线圈￠)，在产生脉冲能量同时，能量通过电磁场的耦合作用迅速的传递到能量接收线圈(7)上。由于能量发射线圈(6)与能量接收线圈(7)的品质因数都很高，因此可以实现能量的高效传输。本发明的智能脉冲式无线电能传输装置，首先通过单片机的控制板输入相应参数。正常工作时首先看到放电球隙被逐级击穿。每出现一次放电，单片机依靠感应电磁脉冲计数，同时数码管的显示数字会自动加1，直到放电次数达到预定次数，红色激光二极管就会熄灭，系统停止工作，表示预置能量传输过程的结束。
权利要求1.一种智能脉冲式无线电能传输装置，其特征在于，包括有脉冲发生电路(5)，并设置有控制电路(3)，用于接收脉冲发生电路(5)的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号；触发电路(4)，用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路(5)处于导通工作状态；脉冲发生电路(5)输出端与能量发射线圈(6)相连接，在 脉冲能量产生后，通过电磁场的耦合作用将能量传输到能量接收线圈(7)。
2.根据权利要求I所述的智能脉冲式无线电能传输装置，其特征还在于，所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号的感应天线(31)，与感应天线(31)相连的单片机(32)，以及与单片机(32)相连的控制输出(33)，其中，所述的感应天线(31)的一端接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号FD，另一端与单片机(32)的PTA2脚相连接；所述的控制输出(33)是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机(32)的PTAl脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路(4)相连向其输出控制信号C，光敏三极管Q的发射极接地。
3.根据权利要求I所述的智能脉冲式无线电能传输装置，其特征还在于，所述的触发电路⑷包括有继电器KM1、大功率晶体管Ql和行输出变压器T，其中，继电器KMl线圈的一端连接控制电路(3)中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号C，另一端连接24V电源；继电器KMl的开关Kl 一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Ql的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻Rl连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚为输出端，通过高压硅堆Dl连接脉冲发生电路(5)，行输出变压器T输出端4脚接地。
4.根据权利要求I所述的智能脉冲式无线电能传输装置，其特征还在于，所述的脉冲发生电路(5)是采用Marx发生器，具体是由多个电容C并联组成充电网络，在每两个电容C的各相并联端之间都接有一个阻值大于2ΜΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙(g)相连；所述的脉冲发生电路(5)的输入端连接触发电路⑷的输出端HV，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电，产生的电脉冲向控制电路⑶发出电磁波信号FD。
5.根据权利要求I所述的智能脉冲式无线电能传输装置，其特征还在于，能量发射线圈(6)与能量接收线圈(7)是由紫铜管或者导线绕制的谐振频率相同、品质因数很高且结构对称的一组谐振器，二者负责将脉冲能量高效的从能量发射线圈(6)无线传送到能量接收线圈(7)。
专利摘要本实用新型公开一种智能脉冲式无线电能传输装置，属于无线电能传输技术的一种新型应用，可广泛用于航天、交通、军事及通信领域。主要包括短时大功率脉冲发生电路、激光信号控制电路以及脉冲触发电路。功率脉冲发生电路采用Marx发生器原理，通过带火花放电间隙的大功率电容矩阵实现。激光信号控制电路有接收脉冲发生电路的电磁波信号的感应天线，与感应天线相连的单片机，以及与单片机相连的控制输出。脉冲触发电路由KM1继电器、功率晶体管Q1和行输出变压器T组成。本实用新型实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对放电进行控制。脉冲能量产生后加载到发射线圈上，并通过电磁耦合谐振原理将能量在短时间内传送到接收线圈，实现能量的无线传送。
文档编号H02J17/00GK202495810SQ20122001129
公开日2012年10月17日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者张献, 李劲松, 杨庆新, 金亮, 闫荣格, 高圣伟 申请人:天津工业大学