專利名稱：一種智能脈沖式無線電能傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及ー種智能脈沖式無線電能傳輸裝置的設計。特別是涉及ー種結(jié)構(gòu)簡単，低成本，智能化，控制簡便、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)：
無接觸電能傳輸技術(shù)作為新的電能儲存和傳輸技術(shù)越來越受到國內(nèi)外研究人員的關(guān)注，在電動汽車、航空航天、電カ系統(tǒng)、能源交通、生物醫(yī)療、通訊技術(shù)等領域具有廣泛的應用前景。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場近場區(qū)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(qū)域能量具有非輻射的特點，因此該技術(shù)有較好的安全性，且電能發(fā)射端與接收端的設計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)明主要針對目前常用的持續(xù)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，給出了ー種具有集中功率智能脈沖式無線電能傳輸裝置的基本原理和設計方法。其中采用帶火花間隙的大功率電容矩陣實現(xiàn)脈沖發(fā)生功能，并通過單片機經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)觸發(fā)控制，從而實現(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在脈沖發(fā)生的基礎上，通過單片機實現(xiàn)能量傳輸次數(shù)及模式的只能控制，從而實現(xiàn)對接收線圈短時、集中的能量無線傳輸。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種智能脈沖式無線電能傳輸裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)，還設置有控制電路(3)，通過220Vエ頻電源⑴及エ頻整流電路(2)進行供電，用于接收脈沖發(fā)生電路( 的信號，并根據(jù)所接收的信號發(fā)出對脈沖發(fā)生電路( 進行控制的激光信號；觸發(fā)電路G)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路(5)處于導通工作狀態(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，通過電磁場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220Vエ頻電源(1)進行供電，將エ頻交流電整流為直流后向控制電路C3)進行饋電。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(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，并通過集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(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(C)，另一端連接MV電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接ー個獨立于控制電路的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，在每兩個電容C 之間通過放電球隙(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，對地進行脈沖放電。所述的能量發(fā)射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導線繞制的諧振頻率相同、品質(zhì)因數(shù)很高且結(jié)構(gòu)對稱的一組諧振器，二者負責將脈沖能量高效的從能量發(fā)射線圈(6)無線傳送到能量接收線圈(7)。本發(fā)明的智能脈沖式無線電能傳輸裝置，通過單片機、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，在一定范圍內(nèi)檢測并控制脈沖的次數(shù)，滿足實際使用中的需要。實現(xiàn)了單片機在強電磁脈沖的影響下對電路進行控制，實現(xiàn)放電脈沖可控性，使得電磁脈沖能量智能的按照要求進行無線的傳遞，針對目前常用的持續(xù)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是信號電路觸發(fā)的原理圖3是短時集中大功率脈沖發(fā)生電路的原理圖
圖4是激光控制信號電路的原理圖。
圖5是脈沖能量無線傳輸原理圖
其中
1 :220Vエ頻電源2 工頻整流電路
3 控制電路31 感應天線
32 單片機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
具體實施例方式下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明的智能脈沖式無線電能傳輸裝置做出詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的智能脈沖式無線電能傳輸裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)， 還設置有控制電路(3)，用于接收信號并對脈沖發(fā)生電路(5)進行控制；觸發(fā)電路(4)用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對脈沖發(fā)生電路( 進行控制的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路 (5)處于導通工作狀態(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)，通過電磁場耦合的方式將能量無線傳輸?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腳通過高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路(5)。當繼電器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，此時大功率晶體管Ql再次導通，以上過程重復進行，相當于從行輸出變壓器T輸入了方波信號。根據(jù)電磁感應原理，最終就會產(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)個相同的電容C并聯(lián)連接，在每兩個電容C之間都接有ー個阻值大于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)成放電終端進行脈沖放電。當所加電壓為+HV吋，因為初始時放電球隙 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)。對于每一個電容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(jīng)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(nèi)實現(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 —端接收脈沖發(fā)生電路2所發(fā)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32的PTAl腳，負極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管 D的激光信號，并通過集電極與觸發(fā)電路1相連向其輸出控制信號C，光敏三極管Q發(fā)射極接地。在放電的同時產(chǎn)生強電磁脈沖，此時利用單片機32感應電磁脈沖信號。為了效果明顯，在單片機32的PTA2腳連接ー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(fā)出的強電磁波通過PTA2連接的感應天線31將電磁波信號轉(zhuǎn)化成電信號輸送到單片機32，觸發(fā)內(nèi)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(fā)射線圈(6)，在產(chǎn)生脈沖能量同吋，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，因此可以實現(xiàn)能量的高效傳輸。本發(fā)明的智能脈沖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(shù)。正常工作時首先看到放電球隙被逐級擊穿。每出現(xiàn)一次放電，單片機依靠感應電磁脈沖計數(shù)，同時數(shù)碼管的顯示數(shù)字會自動加1，直到放電次數(shù)達到預定次數(shù)，紅色激光二極管就會熄滅，系統(tǒng)停止工作，表示預置能量傳輸過程的結(jié)束。
權(quán)利要求
1.ー種智能脈沖式無線電能傳輸裝置，其特征在干，包括有脈沖發(fā)生電路0)，并設置有控制電路(3)，用于接收脈沖發(fā)生電路O)的信號，并根據(jù)所接收的信號發(fā)出對脈沖發(fā)生電路( 進行控制的激光信號；觸發(fā)電路(1)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對脈沖發(fā)生電路(2)進行控制的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路(2)處于導通工作狀態(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，通過電磁場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)的一端接收脈沖發(fā)生電路(2)所發(fā)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(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(3 的PTAl腳，負極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管D 的激光信號，并通過集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(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(C)，另一端連接，24V電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接ー個獨立于控制電路的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，具體是由多個電容C并聯(lián)組成充電網(wǎng)絡，在每兩個電容C 的各相并聯(lián)端之間都接有ー個阻值大于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，對地進行脈沖放電，產(chǎn)生的電脈沖向控制電路C3)發(fā)出電磁波信號 (FD)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖式無線電能傳輸裝置，其特征還在干，能量發(fā)射線圈(6)與能量接收線圈(7)是由紫銅管或者導線繞制的諧振頻率相同、品質(zhì)因數(shù)很高且結(jié)構(gòu)對稱的一組諧振器，二者負責將脈沖能量高效的從能量發(fā)射線圈(6)無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線電能傳輸裝置，屬于無線電能傳輸技術(shù)的一種新型應用，可廣泛用于航天、交通、軍事及通信領域。主要包括短時大功率脈沖發(fā)生電路、激光信號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，通過帶火花放電間隙的大功率電容矩陣實現(xiàn)。激光信號控制電路有接收脈沖發(fā)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)明實現(xiàn)了單片機在強電磁脈沖的影響下對放電進行控制。脈沖能量產(chǎn)生后加載到發(fā)射線圈上，并通過電磁耦合諧振原理將能量在短時間內(nèi)傳送到接收線圈，實現(xiàn)能量的無線傳送。
文檔編號H02J17/00GK102570631SQ201210007658
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者張獻, 李勁松, 楊慶新, 金亮, 閆榮格, 高圣偉 申請人:天津工業(yè)大學