[实用新型]一种磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置

说明书

本实用新型涉及一种教学装置，尤其涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置。本实用新型的技术问题是如何提供一种教学时不需要手动调节系统线圈位置，老师移动线圈更加轻松，并且能够让学生观看更加全面的磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置。该磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置包括有滚轮、基座、上位机、电源箱、三维移动机构、谐振线圈、线圈支撑机构和负载箱等，主要通过上位机输入的各项参数控制三维移动机构的移动距离值，进而使学生更好的观察实验现象，展示实验过程中磁耦合谐振式无线电能传输系统相关参数的变化情况。

技术领域

本实用新型涉及一种教学装置，尤其涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置。

背景技术

在经济高速发展的今天，传统有线输电方式的缺陷越来越明显。导线过多会占用空间，频繁摩擦也会加速其老旧脆化过程，电线老化后还会有拔插电火花、跳发电弧等安全隐患。因此，无线电能传输技术成为了未来电力系统发展的新方向，国内外各大高校均对此技术进行了深入的研究。

现阶段，在高校老师的教学过程中，一般都会搭建相应的系统来为学生的学习与实验创造环境，让学生更深入的了解无线电能传输系统的相关特性，达到良好的学习效果。在实验过程中，改变谐振线圈方位的实验教学必不可少，这也是无线电能传输实验系统的基本特性。

目前，老师调整无线电能传输系统谐振线圈的方式普遍都是在系统断电后手动进行调节。运用这种方式，因谐振线圈较重，老师调节谐振线圈方位时较为吃力，需要经常推动、旋转，误差也较大，严重降低教学效率。同时，学生们也不能很好的观察到线圈每个角度或距离变化对系统所产生的影响，严重影响教学质量。

综上所述，在高校老师的教学过程中，一种不需要手动调节系统线圈位置，让老师移动线圈更加轻松，并且能够使学生观看更加全面的磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置是必不可少的。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种磁耦合谐振式无线电能传输系统教学装置，通过机械结构的优化设计，利用上位机控制步进电机，克服了老师手动调节谐振线圈方位让学生观察时较为吃力，实验误差较大，影响教学效果，并且学生不能够观察到线圈每个角度或距离变化对系统所产生的影响，降低教学质量的缺点，从而实现在教学过程中，老师不需要手动调节系统线圈位置，移动线圈更加轻松，并且能够使学生观看系统更加全面的教学目的。

本实用新型装置包括滚轮、基座、上位机、电源箱、三维移动机构、谐振线圈、线圈支撑机构和负载箱；上位机、电源箱、三维移动机构、谐振线圈、线圈支撑机构以及负载箱均放置于基座上，基座下方安装有四个滚轮且负载箱一端装有把手，方便装置移动；上位机与三维移动机构连接并建立通信链路；电源箱与谐振线圈之一的发射线圈通过射频线相连，为磁耦合谐振式无线电能传输系统提供电能；另外一个谐振线圈即接收线圈，通过射频线与负载箱相连；线圈支撑机构作为连接件，分别将两谐振线圈与三维移动机构相连接；电源箱包含信号发生器和E类功率放大器；负载箱包括电阻、功率计、矢量网络分析仪、电压及电流探头、示波器。

电源箱内的信号发生器与E类功率放大器相连，信号发生器产生的低压波形信号通过传输线发送给E类功率放大器，由E类功率放大器放大后再经射频线为发射线圈提供电能；电源箱整体由薄铝板合围而成，水平对外的一侧开口，方便老师调试。

负载箱内的矢量网络分析仪用于实验前的调谐过程；在进行系统调谐时，矢量网络分析仪经由射频线连接接收线圈，通过调整谐振线圈的匝间距使两线圈谐振频率达到一致；电阻、功率计、电压及电流探头、示波器用于实验过程，由接收线圈接出的射频线经过功率计连接到电阻上，电压与电流探头环套到线路以后连接到示波器上，即可完成功率、电压、电流等参数的显示；负载箱整体由薄铝板合围而成，水平对外的一侧开口，方便同学记录实验数据。

两谐振线圈的材质为紫铜，形状为圆柱螺旋型，两谐振线圈的导线直径、单匝线圈直径、相邻每匝线圈间距和线圈匝数参数保持一致。