CN207602109U - 基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置 - Google Patents
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Abstract
本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发射装置的教学装置。教学装置包括发射线圈、用于固定发射线圈的旋转平台、壳体以及设置在壳体内用于驱动旋转平台旋转的旋转机构；旋转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、与步进电机连接的锥形齿轮以及与锥形齿轮连接的连接轴；连接抽的另一端穿过壳体与旋转平台连接并带动旋转平台进行旋转。本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自动旋转角度。
Description
技术领域
本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发射装置的教学装置。
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(201710337841.5)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。
新型内容
本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传输中发射装置的教学装置及实验方法。
为实现上述目的，本新型采用的技术方案为：
一种基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，包括发射线圈、用于固定所述的发射线圈的旋转平台、壳体以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的旋转平台旋转的旋转机构；所述的旋转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锥形齿轮以及与所述的锥形齿轮连接的连接轴；所述的连接轴的另一端穿过所述的壳体与所述的旋转平台连接并带动所述的旋转平台进行旋转。
所述的旋转平台中心位置设置有用于插拔所述的发射线圈的插口。
所述的发射线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的发射线圈，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；发射线圈采用平面螺旋式绕法，所述的发射线圈上设有插头；所述的插头通过插头连接器与所述的插口连接。
所述的壳体下方设置有滑轨结构用于调整发射装置与其他装置之间的距离。
所述壳体的侧壁上还设有电源插头、电源开关按钮、电源指示灯、示波器接口、与电感调节模块连接的电感调节旋钮、与电容调节模块连接的电容调节旋钮、与电压调节模块连接的电压调节旋钮和电压显示刻度盘、与电流调节模块连接的电流显示刻度盘、与labview测试模块连接的labview测试通道接口、以及散热窗。
所述的示波器接口为两个，其中一个示波器接口为波形输出端，另外一个示波器接口为接地端，两个接口分别于所述的发射线圈连接；当***工作时可以连接示波器来收集发射线圈中电压的幅值和频率，通过调节电容调节旋钮和电感调节旋钮可以改变发射线圈的自谐振频率从而和教学装置所产生的频率达到一致。
一种基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置的实验方法，包括以下步骤：
步骤一、选择配备的不同型号的发射线圈，将发射线圈插接在旋转平台的插口中；
步骤二、将电源插头接入电源，按下电源开关，电源指示灯亮，此时发射装置已经启动；
步骤三、通过观察壳体上的电压显示刻度盘和电流显示刻度盘来读取当前输入发射线圈的电压值和电流值，通过电压调节旋钮来改变当前输入发射线圈的电压和电流；
步骤四、将示波器探头公共端接入到接地端的示波器接口，将信号采集端与波形输出端的示波器接口连接，通过调节电感调节旋钮和电容调节旋钮来调节发射线圈自谐振频率，通过观测示波器的显示屏来读取到当前线圈的频率、波形、幅值、相位；
步骤五、通过读取电感调节旋钮和电容调节旋钮下方的刻度盘来确定当前可调电感和可调电容的大小；
步骤六、用户可以将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；
步骤七、用户可以通过调节发射装置上的旋转平台调节旋钮来改变发射线圈相对于发射装置的角度；
步骤八、用户可以选择将不同配置的不同型号的发射线圈插装在发射装置顶部旋转平台上的插口上进行调节，重复步骤1-7；
步骤九、关闭电源，整理实验器材并归位。
与现有技术相比，本新型的有益效果：
本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自动旋转角度。
附图说明
图1为本新型基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置的外部结构示意图；
图2为本新型基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置的内部结构示意图；
图3为本新型的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置中旋转平台与发射线圈的局部图；
图4为本新型基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置的旋转平台局部图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本新型进行详细的描述。
如图1-4所示，一种基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，包括发射线圈1、用于固定所述的发射线圈的旋转平台2、壳体4以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的旋转平台旋转的旋转机构；所述的旋转机构包括设置在所述的壳体侧壁上的电机旋钮15、与所述的电机旋钮连接的电机驱动模块20、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锥形齿轮以及与所述的锥形齿轮连接的连接轴24；所述的步进电机18为35BYJ412B的12v步进电机，步进电机驱动模块采用ULN2003驱动模块，锥形齿轮选用40齿5模的锥形齿轮和15齿5模的锥形齿轮，所述步进电机和40齿锥形齿轮22连接，40齿锥形齿轮和15齿锥形齿轮23进行啮合，连接轴24的下端与15齿锥形齿轮连接所述的连接轴的另一端穿过所述的壳体与所述的旋转平台连接并带动所述的旋转平台进行旋转。所述电机旋钮15下端有旋转平台调节刻度盘18，调节角度范围是-180°-180°，所述的旋转平台中心位置设置有用于插拔所述的发射线圈的插口3。
所述的发射线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的发射线圈，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；发射线圈采用平面螺旋式绕法，所述的发射线圈上设有插头；所述的插头通过插头连接器与所述的插口连接。所述壳体为长200mm，宽100mm的长方体盒子。所述的壳体下方设置有滑轨结构用于调整发射装置与其他装置之间的距离。
所述壳体的侧壁上还设有电源插头13、电源开关按钮5、电源指示灯6、示波器接口10、与电感调节模块连接的电感调节旋钮7、设置在所述的电感调节旋钮7环周的电感刻度盘16、与电容调节模块连接的电容调节旋钮、设置在所述的电容调节旋钮8环周的电容刻度盘17、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14、以及散热窗19。
所述电容调节模块包括一组定片和一组动片，且并联在谐振线圈插口两端；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，可调电感模块与谐振线圈插口两端串联，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。
所述电感调节旋钮的公称直径为2.5cm，电感刻度盘调节的范围是从2.1-6.8μH，可以通过电感刻度盘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，电容刻度盘调节的范围是从10-270pF，可以通过电容刻度盘读数来确定当前电容的大小。
所述的电压调节旋钮的公称直径为4cm，调节的范围是从0-30V，通过电压显示刻度盘的指针可读出输入的电压值。
所述的示波器接口为两个，其中一个示波器接口为波形输出端，另外一个示波器接口为接地端，两个接口分别于所述的发射线圈连接；当***工作时可以连接示波器来收集发射线圈中电压的幅值和频率，通过调节电容调节旋钮和电感调节旋钮可以改变发射线圈的自谐振频率从而和教学装置所产生的频率达到一致。
一种基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置的实验方法，包括以下步骤：
步骤一、选择配备的不同型号的发射线圈，将发射线圈插接在旋转平台的插口中；
步骤二、将电源插头接入电源，按下电源开关，电源指示灯亮，此时发射装置已经启动；
步骤三、通过观察壳体上的电压显示刻度盘和电流显示刻度盘来读取当前输入发射线圈的电压值和电流值，通过电压调节旋钮来改变当前输入发射线圈的电压和电流；
步骤四、将示波器探头公共端接入到接地端的示波器接口，将信号采集端与波形输出端的示波器接口连接，通过调节电感调节旋钮和电容调节旋钮来调节发射线圈自谐振频率，通过观测示波器的显示屏来读取到当前线圈的频率、波形、幅值、相位；
步骤五、通过读取电感调节旋钮和电容调节旋钮下方的刻度盘来确定当前可调电感和可调电容的大小；
步骤六、用户可以将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；
步骤七、用户可以通过调节发射装置上的电机旋钮来改变发射线圈相对于壳体的角度；
步骤八、用户可以选择将不同配置的不同型号的发射线圈插装在发射装置顶部旋转平台上的插口上进行调节，重复步骤1-7；
步骤九、关闭电源，整理实验器材并归位。
以上内容仅为本新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本新型的思想，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新型的限制。
Claims (6)
1.一种基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，包括发射线圈、用于固定所述的发射线圈的旋转平台、壳体以及设置在所述的壳体内用于驱动所述的旋转平台旋转的旋转机构；所述的旋转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锥形齿轮以及与所述的锥形齿轮连接的连接轴；所述的连接轴的另一端穿过所述的壳体与所述的旋转平台连接并带动所述的旋转平台进行旋转。
2.根据权利要求1所述的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，所述的旋转平台中心位置设置有用于插拔所述的发射线圈的插口。
3.根据权利要求2所述的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，所述的发射线圈为系列不同线径、线圈直径和匝数的发射线圈，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；发射线圈采用平面螺旋式绕法，所述的发射线圈上设有插头；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1所述的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，所述的壳体下方设置有滑轨结构用于调整发射装置与其他装置之间的距离。
5.根据权利要求3所述的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，所述壳体的侧壁上还设有电源插头、电源开关按钮、电源指示灯、示波器接口、与电感调节模块连接的电感调节旋钮、与电容调节模块连接的电容调节旋钮、与电压调节模块连接的电压调节旋钮和电压显示刻度盘、与电流调节模块连接的电流显示刻度盘、与labview测试模块连接的labview测试通道接口、以及散热窗。
6.根据权利要求5所述的基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置，其特征在于，所述的示波器接口为两个，其中一个示波器接口为波形输出端，另外一个示波器接口为接地端，两个接口分别与所述的发射线圈连接；当***工作时可以连接示波器来收集发射线圈中电压的幅值和频率，通过调节电容调节旋钮和电感调节旋钮可以改变发射线圈的自谐振频率从而和教学装置所产生的频率达到一致。
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| CN109559610A (zh) * | 2017-09-27 | 2019-04-02 | 天津中德应用技术大学 | 基于电磁耦合传输中发射装置的教学装置及实验方法 |
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