CN207602107U - 基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学装置技术领域，具体涉及一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置。教学装置包括接收线圈、用于固定接收线圈的升降平台、壳体以及设置在壳体内用于驱动升降平台进行升降的升降机构；升降机构包括设置在壳体侧壁上的电机旋钮、与电机旋钮连接的电机驱动模块、受电机驱动模块驱动的步进电机、与步进电机连接的齿轮以及与齿轮啮合的齿条；齿条穿过壳体与升降平台连接并带动升降平台进行升降。本实用新型的有益之处在于装置模块化，线圈采用直插式，可连续插拔，方便实验过程中加减线圈和更换线圈为实验节省大量时间。线圈转动角度受步进电机传动，通过齿轮间的啮合使线圈精准调节线圈高度。

Description

基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置

技术领域

本实用新型涉及教学装置技术领域，具体涉及一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置。

背景技术

2006年11月，美国麻省理工学院MIT物理系助理教授索尔贾希克Marin Soljacic提出一种可以通过无线电能传输技术利用电磁能的新理论。利用两个铜丝线圈充当共振器，一个线圈与电源相连，作为发射器；另一个与台灯相连，充当接收器。结果，他们成功地把一盏距发射器2.13米开外的60瓦电灯点亮。其中电磁感应式无线供电技术是国内外学术界和工业界开始探索的一个新领域，属于世界上电能输送领域的前沿课题。目前，学生在学习理解磁谐振耦合、电磁场、高频电力电子、电磁感应、耦合模理论时，由于这些知识比较抽象，学生理解困难，无法让学生深入理解知识点。由于没有相应的实验装置大量相关研究只能停留在理论分析。

专利CN106940957A公开了的实训装置体积笨重，功能单一，其只能做具有针对性的单一实验，对比实验过程中加减线圈较为困难，实验操作步骤极其繁琐。线圈旋转角度不能自动调节，手动调节大大降低了实验数据的可靠性，由于轨道贯穿线圈，因此线圈旋转角度区间较小，大大降低了装置的可操作性，同时该专利中公开了线圈与轨道固定一体，导致无法改变线圈间的距离，无法研究距离与传输效率间的关系，进而缩小了此实验装置的应用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种基于电磁耦合谐振能量传输发射装置的教学装置及实验方法。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，包括接收线圈、用于固定所述的接收线圈的升降平台、壳体以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的升降平台进行升降的升降机构；所述的升降机构包括设置在所述的壳体侧壁上的电机旋钮、与所述的电机旋钮连接的电机驱动模块、受所述的电机驱动模块驱动的步进电机、与所述的步进电机连接的齿轮以及与所述的齿轮啮合的齿条；所述的的齿条穿过所述的壳体与所述的升降平台连接并带动所述的升降平台进行升降。

所述的升降平台中心位置设置有用于插拔所述的接收线圈的插口。

所述的接收线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的接收线圈，线径为1.00mm、1.25mm或者1.50mm中的一种，线圈直径为100mm、150mm或者200mm中的一种，线圈匝数为2、4或者6中的一种；接收线圈采用平面螺旋式绕法，所述的接收线圈上设有插头；所述的插头通过插头连接器与所述的插口连接。

所述壳体的侧壁上还设有电容调节旋钮、电感调节旋钮、示波器接口、电压显示刻度盘、电流显示刻度盘、labview测试通道接口、负载led灯阵列、负载转换开关、负载接口，散热窗、以及锂电池充电接口。

所述的锂电池充电接口与设置在所述的壳体内的锂电池连接用于为所述的锂电池充电。

负载转换开关用于切换负载led灯阵列和负载接口，所述负载接口可以外接其它不同类型的负载，例如：电容性、电感性、电阻性负载。

本实用新型一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、使用之前应将充电器与锂电池充电口连接，为教学装置充电用于步进电机使用；

步骤二、转动升降平台调节旋钮来打开步进电机驱动模块；

步骤三、选择配备的不同型号的接收线圈，将接收线圈插接在升降平台的插口中；

步骤五、可以通过观察电压显示刻度盘和电流显示刻度盘来读取到当前接收线圈两端的电压值和流过接收线圈的电流值；

步骤六、通过读取电感或者电容调节旋钮下方的刻度来确定当前可调电感和可调电容的大小；

步骤八、通过按负载转换开关来转换输出负载的类型可以选择不同类型的负载，可以选择接受壳体侧面的LED灯和负载接口来选择不同的负载；

步骤七、用户可以将购买的labview测试装置与发射装置外置的labview测试通道接口连接来对电压、电流、电容、电感、频率、功率、幅值和相位进行采集从而用电脑对测量的数据进行分析计算储存；

步骤八、用户可以通过调节接收装置的升降平台调节旋钮来改变接收线圈相对于壳体的高度；

步骤九、用户可以将不同配置的不同型号的接收线圈插装在接收装置顶部升降平台上的插口上进行调节，步骤重复1-7；

步骤十、将升降平台调节旋钮旋转，关闭步进电机开关电源，整理实验器材。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的有益之处在于装置模块化，线圈采用直插式，可连续插拔，方便实验过程中加减线圈和更换线圈为实验节省大量时间。线圈转动角度受步进电机传动，通过齿轮间的啮合使线圈精准调节线圈高度。

附图说明

图1为本实用新型基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置的外部结构示意图；图2位本实用新型基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置的内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细的描述。

图1-2示出一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，包括接收线圈1、用于固定所述的接收线圈的升降平台2、壳体4以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的升降平台进行升降的升降机构；所述的升降机构包括设置在所述的壳体侧壁上的电机旋钮14、与所述的电机旋钮连接的电机驱动模块22、受所述的电机驱动模块驱动的步进电机21、与所述的步进电机连接的齿轮25以及与所述的齿轮啮合的齿条26；所述的的齿条穿过所述的壳体与所述的升降平台连接并带动所述的升降平台进行升降。所述的升降平台中心位置设置有用于插拔所述的接收线圈的插口3。所述步进电机为35BYJ412B的12v步进电机，所述步进电机驱动模块采用ULN2003驱动模块。

所述的接收线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的接收线圈，线径为1.00mm、1.25mm或者1.50mm中的一种，线圈直径为100mm、150mm或者200mm中的一种，线圈匝数为2、4或者6中的一种；接收线圈采用平面螺旋式绕法，所述的接收线圈上设有插头；所述的插头通过插头连接器与所述的插口3连接。

所述壳体的侧壁上还设有与电容调节模块连接的电容调节旋钮8、与电感调节模块连接的电感调节旋钮9、示波器接口10、与电压调节模块连接的电压显示刻度盘11、与电流调节模块连接的电流显示刻度盘12、与labview测试模块连接的labview测试通道接口13、负载led灯阵列5、负载转换开关6、负载接口7，散热窗19、以及锂电池充电接口20。

所述电容调节模块包括一组定片和一组动片，且并联在接收线圈插口两端；所述电容调节旋钮与动片连接，其容量随动片的转动而连续改变从而达到改变电容的目的，电容量可调范围在10-270pF；所述可调电感模块由可调共模电感组成，所述可调共模电感采用带螺纹的软磁铁氧体，可调电感模块与接收线圈插口两端串联，电感调节旋钮通过控制软磁铁氧体的铁心在可调电感中的位置来改变电感大小，电感量可调范围2.1-6.8uH。

所述电压显示刻度盘11位于所述外壳前壁左下角处，刻度为0-30V，一分度5v,二分度1v，用于显示负载(LED灯)阵列两端的电压。

所述电流显示刻度盘位于所述外壳前壁右下角处，刻度为0-2A，一分度0.5A,二分度0.1A，用于显示流过负载(LED灯)阵列的电流。

所述电感调节旋钮的公称直径为2.5cm，电感调节旋钮环周的电感调节刻度盘15范围是从2.1-6.8μH，可以通过其读数来确定当前电感的大小。

所述电容调节旋钮粗调的公称直径为2.5cm，电容调节旋钮环周的电容调节刻度盘16调节范围是从10-270pF，可以通过电容调节旋钮上的刻度盘读数来确定当前电容的大小。

所述负载(LED灯)阵列为LED排灯。负载转换开关用于切换负载led灯阵列和负载接口，所述负载接口可以外接其它不同类型的负载，例如：电容性、电感性、电阻性负载。

所述的锂电池充电接口与设置在所述的壳体内的锂电池连接用于为所述的锂电池23充电，所述的锂电池设置在锂电池卡槽24中。

本实用新型一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、使用之前应将充电器与锂电池充电口连接，为教学装置充电用于步进电机使用；

步骤二、转动升降平台调节旋钮来打开步进电机驱动模块；

步骤三、选择配备的不同型号的接收线圈，将接收线圈插接在升降平台的插口中；

步骤五、可以通过观察电压显示刻度盘和电流显示刻度盘来读取到当前接收线圈两端的电压值和流过接收线圈的电流值；

步骤六、通过读取电感或者电容调节旋钮下方的刻度来确定当前可调电感和可调电容的大小；

步骤八、通过按负载转换开关来转换输出负载的类型可以选择不同类型的负载，可以选择接受壳体侧面的LED灯和负载接口来选择不同的负载；

步骤七、用户可以将购买的labview测试装置与发射装置外置的labview测试通道接口连接来对电压、电流、电容、电感、频率、功率、幅值和相位进行采集从而用电脑对测量的数据进行分析计算储存；

步骤八、用户可以通过调节接收装置的升降平台调节旋钮来改变接收线圈相对于壳体的高度；

步骤九、用户可以将不同配置的不同型号的接收线圈插装在接收装置顶部升降平台上的插口上进行调节，步骤重复1-7；

步骤十、将升降平台调节旋钮旋转，关闭步进电机开关电源，整理实验器材。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，包括接收线圈、用于固定所述的接收线圈的升降平台、壳体以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的升降平台进行升降的升降机构；所述的升降机构包括设置在所述的壳体侧壁上的电机旋钮、与所述的电机旋钮连接的电机驱动模块、受所述的电机驱动模块驱动的步进电机、与所述的步进电机连接的齿轮以及与所述的齿轮啮合的齿条；所述的齿条穿过所述的壳体与所述的升降平台连接并带动所述的升降平台进行升降。

2.根据权利要求1所述的基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，所述的升降平台中心位置设置有用于插拔所述的接收线圈的插口。

3.根据权利要求2所述的基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，所述的接收线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的接收线圈，线径为1.00mm、1.25mm或者1.50mm中的一种，线圈直径为100mm、150mm或者200mm中的一种，线圈匝数为2、4或者6中的一种；接收线圈采用平面螺旋式绕法，所述的接收线圈上设有插头；所述的插头通过插头连接器与所述的插口连接。

4.根据权利要求3所述的基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，所述壳体的侧壁上还设有电容调节旋钮、电感调节旋钮、示波器接口、电压显示刻度盘、电流显示刻度盘、labview测试通道接口、负载led灯阵列、负载转换开关、负载接口，散热窗、以及锂电池充电接口。

5.根据权利要求4所述的基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，所述的锂电池充电接口与设置在所述的壳体内的锂电池连接用于为所述的锂电池充电。

6.根据权利要求5所述的基于电磁耦合传输中接收装置的教学装置，其特征在于，负载转换开关用于切换负载led灯阵列和负载接口，所述负载接口可以外接其它类型的负载。