专利名称：一种距离感应式无线供电教学装置的制作方法
技术领域：
无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，它集基础研究与应用研究为一体，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科、强交叉的新的研究领域和前沿课题，涵盖电磁场、电力电子技术、电力系统、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。本发明一种距离感应式无线供电教学装置涉及一种使用方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠的无线电能传输电磁耦合谐振技术，为无线输电技术教学提供了具体实在的技术模型。使教师在电磁学等学科教学中将教学内容具体化，使学生对无线传能技术有更直观的认识，激发学生对无线传能技术的兴趣。
背景技术：
无线电能传输技术大致可分为三种:第一种为感应稱合式电能传输，它利用松率禹合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁福射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。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；另一方面相比电磁福射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出了一种使用方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠的无线电能传输装置，避免了传统电能传输方式中裸露导体的存在和接触火花的产生，克服了传统电能传输方式在一些特殊环境如易燃易爆、水下等场合存在的弊端，为无线电能传输教学提供了具体实在的技术模型。本发明所采用的技术方案是:一种距离感应式无线供电教学装置，设置有电源单元2，为功率振荡电路3提供输入电压；功率振荡电路3，将电源单元2输入的功率振荡为高频振荡电磁场；距离检测单元4，检测发射端PCB板I与接收端PCB板7的距离，并控制功率振荡电路3的通断；发射功率表6，测量并显示功率振荡电路3的实时功率；电磁发射线圈5，发射功率振荡电路3振荡出的高频振荡电磁场；发射端PCB板1，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测 单元4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接；接收端PCB板7，用于为电磁接收线圈8、整流稳压单元9、负载10构建可靠地电路连接；电磁接收线圈8，接收电磁发射线圈发射出的能量；整流稳压模块9，将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，并向负载10供电；负载10，可直观地体现所接收的能量。发射端PCB板I由一定厚度的基板、PP、铜箔压制而成，并在表面打出一定数量的透气孔以提高发射端PCB板I的玻璃化温度，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测单元
4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接。功率振荡电路3通过场效应管31和超快恢复二极管32的持续高速导通、关断，实现将输入的直流电转化为高频振荡的交流电，从而可以通过电磁感应原理产生持续的高频振荡电磁场,经由谐振电容33确定高频振荡电磁场的频率,经由谐振电感34确定高频振荡电磁场的振幅。距离检测单元4还设置有:距离传感器41，置有位于一侧的红外发射灯411与红外接收灯412，红外发射灯411发射出红外线遇接收端PCB板7反射，红外接收灯412可接收到遇接收端PCB板7反射回的红外线，利用红外线从发射到接收的时间差即可计算出从发射端PCB板I至接收端PCB板7的距离，如距离超出限值，距离传感器41可向继电器42传送距离超出限定值信号；继电器42，接收到距离传感器41传送距离超出限定值信号后使功率振荡电路3断开。本发明无线供电教学装置，是采用电源单元、功率振荡电路、电磁发射线圈、发射功率表等组成的无线输电教学装置，将这些元器件合理有效的焊在发射端与接收端PCB板上，提高了无线输电教学装置空间资源利用率，可以实现一定距离的无线传电功能。该电磁学教学装置使用方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠，为无线输电技术教学提供了具体实在的技术模型。使教师在电磁学等学科教学中将教学内容具体化，使学生对无线输电技术有更直观的认识，激发学生对无线传能技术的兴趣。
图1是本发明的整体功能示意图；图2是本发明的结构框
图3功率振荡电路3的工作原理图；图4功率振荡电路3产生的波形图；图5是距离传感器41的结构图；图6是电磁发射线圈5的结构图。其中:1:发射端PCB板10:负载2:电源单元31:场效应管3:功率振荡电路32:超快恢复二极管4:距离检测单元33:谐振电容5:电磁发射线圈34:谐振电感6:发射功率表41:距离传感器7:接收端PCB板42:继电器8:电磁接收线圈411:红外发射灯9:整流稳压单元412:红外接收灯
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明-一种距离感应式无线供电教学装置做出详细地说明。如图1所示，本发明一种距离感应式无线供电教学装置，设置的电源单元2，为功率振荡电路3提供输入电压；功率振荡电路3，将电源单元2输入的功率振荡为高频振荡电磁场；距离检测单元4，检测发射端PCB板I与接收端PCB板7的距离，并控制功率振荡电路3的通断；发射功率表6，测量并显示功率振荡电路3的实时功率；电磁发射线圈5，发射功率振荡电路3振荡出的高频振荡电磁场；发射端PCB板I，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测单元4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接；接收端PCB板7，用于为电磁接收线圈8、整流稳压单元9、负载10构建可靠地电路连接；电磁接收线圈8，接收电磁发射线圈发射出的能量；整流稳压模块9，将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，并向负载10供电；负载10，可直观地体现所接收的能量。如图2所示，所述的发射端PCB板I表面打出一定数量的透气孔以提高发射端PCB板I的玻璃化温度，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测单元4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接。如图3所示，所述的功率振荡电路3通过两个场效应管31分别经由超快恢复二极管32将一个场效应管31的输入电压反馈到另一个场效应管31的输出端来实现场效应管31和超快恢复二极管32的持续高速导通、关断，从而实现将输入的直流电转化为高频振荡的交流电，由电磁感应原理可以获得持续的高频振荡电磁场，经由谐振电容33确定高频振荡电磁场的频率，经由串联的谐振电感34确定高频振荡电磁场的振幅，最终产生的波形如图4所示。如图5所示，所述的距离传感器41，置有位于一侧的红外发射灯411与红外接收灯412，红外发射灯411发射出红外线遇接收端PCB板7反射，红外接收灯412可接收到遇接收端PCB板7反射回的红外线，利用红外线从发射到接收的时间差即可计算出从发射端PCB板I至接 收端PCB板7的距离，这种结构美观实用，测距准确。
权利要求
1.一种距离感应式无线供电教学装置，其特征在于设置有:电源单元2，为功率振荡电路3提供输入电压；功率振荡电路3，将电源单元2输入的功率振荡为高频振荡电磁场；距离检测单元4，检测发射端PCB板I与接收端PCB板7的距离，并控制功率振荡电路3的通断；发射功率表6，测量并显示功率振荡电路3的实时功率；电磁发射线圈5，发射功率振荡电路3振荡出的高频振荡电磁场；发射端PCB板1，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测单元4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接；接收端PCB板7，用于为电磁接收线圈8、整流稳压单元9、负载10构建可靠地电路连接；电磁接收线圈8，接收电磁发射线圈发射出的能量；整流稳压模块9，将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，并向负载10供电；负载10，可直观地体现所接收的能量。
2.根据权利要求1所述的一种距离感应式无线供电教学装置，其特征还在于，发射端PCB板I由一定厚度的基板、PP、铜箔压制而成，并在表面打出一定数量的透气孔以提高发射端PCB板I的玻璃化温度，为电源单元2、功率振荡电路3、距离检测单元4、电磁发射线圈5、发射功率表6构建可靠的电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种距离感应式无线供电教学装置，其特征还在于，功率振荡电路3通过场效应管31和超快恢复二极管32的持续高速导通、关断，实现将输入的直流电转化为高频振荡的交流电,从而可以通过电磁感应原理产生持续的高频振荡电磁场,经由谐振电容33确定高频振荡电磁场的频率,经由谐振电感34确定高频振荡电磁场的振幅。
4.根据权利要求1所述的一种距离感应式无线供电教学装置，其特征还在于，距离检测单元4还设置有:距离传感器41，置有位于一侧的红外发射灯411与红外接收灯412，红外发射灯411发射出红外线遇接收端PCB板7反射，红外接收灯412可接收到遇接收端PCB板7反射回的红外线，利用红外线从发射到接收的时间差即可计算出从发射端PCB板I至接收端PCB板7的距离，如距离超出限值，距离传感器41可向继电器42传送距离超出限定值信号；继电器42，接收 到距离传感器41传送距离超出限定值信号后使功率振荡电路3断开。
全文摘要
本发明涉及一种距离感应式无线供电教学装置，其特征在于设置有电源单元，为功率振荡电路提供输入电压；功率振荡电路，用于将电源单元输入的功率振荡为高频振荡电磁场；距离检测单元，可检测发射端PCB板与接收端PCB板的距离，并控制功率振荡电路的通断；发射功率表，测量并显示功率振荡电路的实时功率；电磁发射线圈，发射功率振荡电路振荡出的高频振荡电磁场；发射端PCB板，为电源单元、功率振荡电路、距离检测单元、电磁发射线圈、发射功率表构建可靠的电路连接；电磁接收线圈，接收电磁发射线圈发射出的能量；整流稳压模块，将接收到的能量整流稳压成恒定的直流电，进而向负载供电。本发明将有助于学生对无线电能传输技术有更直观地认识，且市场前景广阔。
文档编号H02J17/00GK103248136SQ20131018058
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者蔡昌松, 张献, 宋争光, 曾明敏, 邓双凡, 李劲松 申请人:天津工业大学