[发明专利]EMSR电磁能量发射与接收系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种EMSR电磁能量发射与接收系统，该系统是电磁-机械同步共振(Electromagnetic&Mechanical Synchronous Resonance，EMSR)系统的核心组成部分之一，主要负责将以谐振频率交变的电磁能量通过无线电能传输技术从功率发射端传送到功率接收端，从而为电能-机械能高效转换提供有效的解决方案。本发明设计包括了频率选择、功率补偿及外部结构设计方法，具有结构简单、效果明显、维护方便和操作灵活的特点

背景技术

磁致伸缩材料、形状记忆材料和压电材料不但能够对外界或内部的物理、化学变化具有感知能力，同时能够针对发生的变化作出响应，在传感器与执行器领域具有广泛应用，因此成为新型功能材料的代表。其中利用磁致伸缩效应制成的电-磁-机高精度快速微位移执行器具有易于集成、微型化、智能化等优点，目前被广泛应用于现代精密加工、建筑工程、机器人、医学和航空航天等领域。EMSR系统就是利用超磁致伸缩材料的这种特性将电磁能转换为同频率的机械能以为不易拖带电线的微型管道机器人进行供电。

本发明主要利用无线电能传输技术，针对不易拖带电线的微型管道机器人的电能供给问题，通过功率发射电路及功率接收电路相配合实现电能的无线传递，为电-机换能装置转化为机械能提供交变电磁场，具有结构简单、效果明显、维护方便和操作灵活的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，借助无线电能传输技术，将以一定频率变化的交变电磁能量从功率发射电路传送到功率接收电路，然后向电-机换能装置提供交变磁场，从而将电磁能同步的转换为机械能。

本发明所采用的技术方案是：EMSR电磁能量发射与接收系统，包括有函数信号发生器(1)；功率放大器(2)；功率发射电路(3)；功率接收电路(4)；电-机换能装置(5)；电压监测环节(6)；振动监测环节(7)。

所述的功率放大器(2)由可以工作在高频、高电压下的大功率电子管为主要核心，结合外围电子器件组成大功率线性放大器，当函数信号发生器(1)根据功率发射电路(3)谐振频率输出一个正弦波形时，功率放大器(2)将该正弦信号放大为一功率信号，并通过电子管的调压旋钮改变输出功率。

所述的功率发射电路(3)由两部分组成：一部分是由高电导率无氧铜线密绕于线圈骨架上形成具有一定电感量的空心线圈；另一部分是选取高频金属薄膜电容器构成补偿回路并联在空心线圈首尾两端，功率发射电路(3)的工作频率由以上两部分同时决定。

所述的功率接收电路(4)由三部分组成：第一，由线径较细的无氧铜漆包线密绕在线圈骨架上形成空心电感线圈；第二，首尾并联金属薄膜电容器，电容器的容值选择要使功率接收电路(4)谐振频率与功率发射电路(3)的工作频率保持一致；第三，线圈骨架中间装入由超磁致伸缩材料制成的线性超磁致伸缩致动机构。

所述的电-机换能装置(5)由超磁致伸缩棒料与钕铁硼永磁块组成，将永磁快吸附于超磁致伸缩棒料的首端与尾端，从而提供偏置磁场以消除材料的倍频效应。当功率接收电路(4)工作于激励频率时，超磁致伸缩棒料将以同一频率向外输出轴向应力或者位移，从而实现电能与机械能的同步转换。

所述的振动监测环节(7)由高频特性良好的压电传感器SNAA51为核心元件，通过传感器在应力或应变作用下产生对应的电压信号，由上位机采集该电压信号并转换为对应的应力或应变信号，从而实现应力或应变的实时监测。

本发明的EMSR电磁能量发射与接收系统，在无线电能传输的基础上，将电磁能通过无线的方式由功率发射电路传送到功率接收电路并向电-机换能装置提供电能，然后利用超磁致伸缩材料的自身特性将电能转换为统一频率的机械能，在此过程中通过示波器及SNAA51压电传感器测量系统实现电压与应力、应变的实时监测。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是功率发射电路示意图；

图3是功率接收电路示意图；

图4是电磁能量无线发射与接收系统示意图；

图5是EMSR系统各部分结构关系图

其中：

(1)：函数信号发生器；(2)：功率放大器；(3)：功率发射电路；(4)：功率接收电路；(5)：电-机换能装置；(6)：电压监测环节；(7)：振动监测环节。

a₁：功率发射端        a₂：功率接收端