[發(fā)明專(zhuān)利]EMSR電磁能量發(fā)射與接收系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210097789.8
• 申請(qǐng)日: 2012-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102611214A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張獻(xiàn);楊慶新;李勁松;金亮;李陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J17/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J17/00;H02N2/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種EMSR電磁能量發(fā)射與接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)是電磁-機(jī)械同步共振(Electromagnetic&Mechanical?Synchronous?Resonance，EMSR)系統(tǒng)的核心組成部分之一，主要負(fù)責(zé)將以諧振頻率交變的電磁能量通過(guò)無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)從功率發(fā)射端傳送到功率接收端，從而為電能-機(jī)械能高效轉(zhuǎn)換提供有效的解決方案。本發(fā)明設(shè)計(jì)包括了頻率選擇、功率補(bǔ)償及外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果明顯、維護(hù)方便和操作靈活的特點(diǎn)

背景技術(shù)

磁致伸縮材料、形狀記憶材料和壓電材料不但能夠?qū)ν饨缁騼?nèi)部的物理、化學(xué)變化具有感知能力，同時(shí)能夠針對(duì)發(fā)生的變化作出響應(yīng)，在傳感器與執(zhí)行器領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，因此成為新型功能材料的代表。其中利用磁致伸縮效應(yīng)制成的電-磁-機(jī)高精度快速微位移執(zhí)行器具有易于集成、微型化、智能化等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代精密加工、建筑工程、機(jī)器人、醫(yī)學(xué)和航空航天等領(lǐng)域。EMSR系統(tǒng)就是利用超磁致伸縮材料的這種特性將電磁能轉(zhuǎn)換為同頻率的機(jī)械能以為不易拖帶電線(xiàn)的微型管道機(jī)器人進(jìn)行供電。

本發(fā)明主要利用無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)，針對(duì)不易拖帶電線(xiàn)的微型管道機(jī)器人的電能供給問(wèn)題，通過(guò)功率發(fā)射電路及功率接收電路相配合實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線(xiàn)傳遞，為電-機(jī)換能裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能提供交變電磁場(chǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果明顯、維護(hù)方便和操作靈活的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，借助無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)，將以一定頻率變化的交變電磁能量從功率發(fā)射電路傳送到功率接收電路，然后向電-機(jī)換能裝置提供交變磁場(chǎng)，從而將電磁能同步的轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：EMSR電磁能量發(fā)射與接收系統(tǒng)，包括有函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(1)；功率放大器(2)；功率發(fā)射電路(3)；功率接收電路(4)；電-機(jī)換能裝置(5)；電壓監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)(6)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)(7)。

所述的功率放大器(2)由可以工作在高頻、高電壓下的大功率電子管為主要核心，結(jié)合外圍電子器件組成大功率線(xiàn)性放大器，當(dāng)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(1)根據(jù)功率發(fā)射電路(3)諧振頻率輸出一個(gè)正弦波形時(shí)，功率放大器(2)將該正弦信號(hào)放大為一功率信號(hào)，并通過(guò)電子管的調(diào)壓旋鈕改變輸出功率。

所述的功率發(fā)射電路(3)由兩部分組成：一部分是由高電導(dǎo)率無(wú)氧銅線(xiàn)密繞于線(xiàn)圈骨架上形成具有一定電感量的空心線(xiàn)圈；另一部分是選取高頻金屬薄膜電容器構(gòu)成補(bǔ)償回路并聯(lián)在空心線(xiàn)圈首尾兩端，功率發(fā)射電路(3)的工作頻率由以上兩部分同時(shí)決定。

所述的功率接收電路(4)由三部分組成：第一，由線(xiàn)徑較細(xì)的無(wú)氧銅漆包線(xiàn)密繞在線(xiàn)圈骨架上形成空心電感線(xiàn)圈；第二，首尾并聯(lián)金屬薄膜電容器，電容器的容值選擇要使功率接收電路(4)諧振頻率與功率發(fā)射電路(3)的工作頻率保持一致；第三，線(xiàn)圈骨架中間裝入由超磁致伸縮材料制成的線(xiàn)性超磁致伸縮致動(dòng)機(jī)構(gòu)。

所述的電-機(jī)換能裝置(5)由超磁致伸縮棒料與釹鐵硼永磁塊組成，將永磁快吸附于超磁致伸縮棒料的首端與尾端，從而提供偏置磁場(chǎng)以消除材料的倍頻效應(yīng)。當(dāng)功率接收電路(4)工作于激勵(lì)頻率時(shí)，超磁致伸縮棒料將以同一頻率向外輸出軸向應(yīng)力或者位移，從而實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的同步轉(zhuǎn)換。

所述的振動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)(7)由高頻特性良好的壓電傳感器SNAA51為核心元件，通過(guò)傳感器在應(yīng)力或應(yīng)變作用下產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，由上位機(jī)采集該電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的應(yīng)力或應(yīng)變信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)力或應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的EMSR電磁能量發(fā)射與接收系統(tǒng)，在無(wú)線(xiàn)電能傳輸?shù)幕A(chǔ)上，將電磁能通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式由功率發(fā)射電路傳送到功率接收電路并向電-機(jī)換能裝置提供電能，然后利用超磁致伸縮材料的自身特性將電能轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一頻率的機(jī)械能，在此過(guò)程中通過(guò)示波器及SNAA51壓電傳感器測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓與應(yīng)力、應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是功率發(fā)射電路示意圖；

圖3是功率接收電路示意圖；

圖4是電磁能量無(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收系統(tǒng)示意圖；

圖5是EMSR系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

其中：

(1)：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；(2)：功率放大器；(3)：功率發(fā)射電路；(4)：功率接收電路；(5)：電-機(jī)換能裝置；(6)：電壓監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)；(7)：振動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)。

a₁：功率發(fā)射端????????a₂：功率接收端