郑佳 郭学锋

【摘要】本文主要介绍了一种基于电磁感应原理的无线供电演示装置，该装置通过电能储存和释放的时间分配，来实现物体可沿运动面板做圆周运动，达到了更好的无线供电的演示效果。

【关键词】无线;供电;电磁感应;演示

1.引言

目前在无线电能传输领域，诸如手机无线充电方面，都是使用较短程的传输，无法实现较远距离的无线传输。而在无线供电演示方面，较为流行的为可供LED点亮的演示装置，这些都是由于无线电能传输效率较低，无法直接实现驱动可观的机械运动。本装置采用电容储能模块和时钟信号控制开关积蓄无线传输的电能，以达到驱动机械装置的目的，提高了无线传输供电的演示效果。

2.装置原理结构及功能介绍

2.1 装置结构及电路示意图

图1 结构示意图

图1中，1.电源插头，2.高频信号发生装置，3.发射线圈，4.接收线圈，5.电容储能模块，6.驱动马达模块，7.连接杆，8.时钟信号控制开关，9.运动面板，10.电刷轴承，11.轮子。

2.2 装置原理

本装置是一种无线供电演示装置，它包括电源插头，高频信号发生装置，发射线圈，接收线圈，电容储能模块，驱动马达模块，连接杆，时钟信号控制开关，运动面板，电刷轴承和轮子;其主要特征在于：电源插头连接运动面板上的高频信号发生装置，运动面板上设置有高频信号發生装置和驱动马达模块，高频信号发生装置和驱动马达模块通过连接杆连接，高频信号发生装置上端连接发射线圈，内置有电刷轴承，驱动马达模块和运动面板通过轮子连接，驱动马达模块上粘合电容储能模块，其一侧设置有时钟信号控制开关，电容储能模块上端连接接收线圈。

图2 电路示意图

本装置通过电磁感应实现无线传输，并用储能模块对电能进行存储，在特定的时间释放出来驱动小车在运动面板上运动。其中电容储能模块由一个整流桥和一个电容组成，对接收线圈内产生的感应电动势进行整流和存储。时钟信号控制开关为一个占空比可调的方波脉冲发生器，通过继电器开关可按既定的时间使电路断开和闭合，从而形成一个充电和放电时间可调的时钟控制开关。

该时钟信号控制开关由一个小的电池供电，且该电池并不接入装置的无线供电系统。连接杆可使小车围绕信号发生装置做圆周运动，信号发生装置中间有一个轴承，小车运动的同时可使信号发生装置与其共同运动，保证发射线圈与接收线圈时刻保持正对。在高频信号发生装置及轴承下面安装一个电刷，可避免该装置在使用过程中因装置自身旋转造成输电线缠绕。

2.3 功能及使用

使用时，先将时钟信号控制开关打开，并将占空比调为1s：5s，即开关通1s，断5s。电源插头连接着高频信号发生装置，将电源插头插入220V居民用电后，高频信号发生装置将工作，通过变压变频电路之后在发射线圈内产生一个稳定的高频交流电流，变化的电流使发射线圈旁边产生变化的磁场，通过发射线圈与接收线圈的耦合，在接收线圈中产生感应电流，由电容储能模块对电流进行整流和存储，当时钟信号控制开关闭合时，电路放电，当开关断开时，电路存储电能，存储时间越长，一次释放的功率越大，因此就有足够的电能使驱动马达模块工作，接收装置就会在轮子的驱动下在运动平板上做圆周运动，运动时，由于有连接杆，高频信号发生装置中有一个电刷轴承，发生装置就会随着接收装置一块儿做圆周运动，此时可以保证发射线圈和接收线圈始终保持平行，电源线也会由于电刷的存在而不会缠绕。由于时钟信号控制开关的通断为1s：5s，因此接收装置的运动也是1s运动5s停的脉冲运动，1s的快速运动，5s的时间来蓄电，这段时间装置也会依靠惯性继续运动。

3.结束语

本装置属于无线电能传输领域，是一种可供物体沿运动面板运动的无线供电演示装置，可以作为各高校的演示实验仪，且演示效果较为明显。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社.

[2]李果，黄帅.中文版3ds Max标准教程[M].上海科学普及出版社.

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[4]全国高等学校第十届物理演示实验教学研讨会论文集.