旋转物体上的电子设备无线供电技术研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunday_sky
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安装于旋转物体上的状态监控传感器对于工业设备的运行非常重要,目前通常采用电池或利用电刷和滑环等传统方式为其供电。这种方式需要定期维护,在特殊环境下还会产生电火花,甚至发生爆炸。因此,本文研究无线电能传输技术,并将该技术应用于随物体一起旋转的传感器供电技术中,以此解决传统供电方式带来的种种问题。与大多数无线电能传输技术相比,本文的特点和难点是,接收侧随其它物体一起旋转。为了给安装在旋转物体上的电子设备进行无线供电,本文以鼓风机设备为例,提出了一种旋转环境下的感应耦合式无线供电系统。它将接收线圈和传感器固定在鼓风机叶片上,随叶片一起旋转,将发射线圈安装在鼓风机静止部分。本文完成的主要工作有:为使接收侧在旋转的任何位置都能接收到足够的功率,本文研究了两个发射线圈和两个接收线圈的感应耦合机构,用来保证每四分之一的鼓风机旋转周期都能有一个接收线圈和一个发射线圈正面相对。由此克服了因发射线圈与接收线圈之间的互感变化而导致的接收功率不平稳问题。用COMSOL多场耦合软件对耦合机构进行了仿真。研究了发射端LCC补偿,以保持发射线圈电流幅值近似恒定。据此解决了由于发射线圈与接收线圈的互感变化带来的发射线圈电流幅值不稳定的问题。通过理论分析和仿真,验证了这一补偿的有效性。研究了两个接收线圈串联和并联两种连接方式,对传输功率和传输效率的影响。采用阻抗补偿技术分别对两种方式进行阻抗补偿,得到负载功率和系统传输效率与补偿电容的关系。并利用LTspice仿真软件对两种方式进行了对比。结果表明,在获得最大功率和较高传输效率方面,并联方式都优于串联方式。设计并制作了基于SG3525脉宽调制型控制器的PWM发生器和全桥型高频逆变电源;制作了以Wi-Fi方式进行信号传输的无线电压传感器,以克服测量运动设备中电压的困难。搭建了以鼓风机为背景,为随物体旋转运动的电子设备无线供电的实验平台,验证了两接收线圈并联可以提高负载功率的分析结论。当负载为风速传感器时,系统可以提供3-5V的直流电压,使传感器正常工作,实现了为鼓风机叶片上的风速传感器无线供电。另外,还与发射线圈缠在风机罩上的方法进行对比。实验表明,传输功率和传输效率虽不如前面的方法,但是此种方法的传输功率平稳性更好,并且发射线圈不影响鼓风机的出风情况。
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