劉楚

摘 要：無線充電的關鍵在于通過內(nèi)置電池傳輸電力，引入無線傳感感應方式。此種技術的原理為法拉第電磁感應，為了獲得磁場，形成電壓，應為線圈充電，之后出現(xiàn)電流，開始為設備充電。而磁懸浮主要保證浮子達到懸浮的效果，利用電磁鐵電流進行控制。

關鍵詞：懸磁浮;無線充電;技術

0 前言

無線充電指的是近距離充電，與充電器保持幾米遠地方，通過電源線、電纜等外接設備，保證充電效果。根據(jù)磁共振原理，空氣也可以傳輸電荷，設備與充電器之間可以在電容器與線圈的共同作用下，保證共振效果。因此，無線充電在傳輸電能方面具備高效性與及時性。懸浮技術包括電磁懸浮、聲懸浮、光懸浮、氣流懸浮等方面，其中電磁懸浮技術最為常用，交變電流頻率可以達到104 Hz～105 Hz。

1 無線充電技術類型

1.1 電磁感應方式

電磁感應技術屬于無線充電技術的關鍵，將發(fā)射端的線圈與接收端的線圈放置于兩個分離設備中，產(chǎn)生磁場，出現(xiàn)磁感應，在線圈接受磁場后便會產(chǎn)生電流，為電能形成傳輸系統(tǒng)。隨著距離的增加，磁感應系統(tǒng)中的磁場也會不斷減弱，數(shù)毫米至10 cm范圍內(nèi)可以發(fā)揮作用，但感應電流較小。對近距離設備充電時，充電觸點不會被暴露，可以達到預期效果，且當感應電壓經(jīng)過整流后，便可以開始無線充電。

1.2 磁共振方式

不同于電磁感應，磁共振技術的寬容度更高，數(shù)厘米至數(shù)米范圍內(nèi)便可以實現(xiàn)無線充電，使用靈活方便。磁共振技術的使用需要兩個規(guī)格相同線圈的支持，通電后，一個線圈內(nèi)出現(xiàn)磁場，另一個線圈進行共振，產(chǎn)生電流供電。此種技術在設備距離與使用狀態(tài)方面不存在限制，可以靈活使用。

1.3 電磁耦合方式

不同于傳統(tǒng)的電磁感應方式，電場耦合的自由度更高，可以保證電極的快速插入，且不會升高電極溫度。同時，電磁方向也比較自由，雖然無法達到數(shù)米長的磁共振長度，但也可以隨意放置充電臺，充電效果良好。電磁感應技術需要精準的位置匹配，否則會降低能量輸入比例。

1.4 微波諧振方式

微波屬于微波諧振的主要傳輸信號，可以及時傳遞能量，當接收能量信號后，共振電路與整流電路進行轉(zhuǎn)換，可以直接為設備充電。微波頻率范圍為300 MHz～300 GHz，長度級別包括毫米、分米、米等，可以傳輸較大能量。微波諧振會向四面八方傳遞能量，降低利用效率，但其位置高度靈活，在設備附近放置充電設備即可。設備收發(fā)方重合時，微波諧振與電磁感應的能量會逐漸增大，直至達到最大值，產(chǎn)生最明顯的電磁感應效果。隨著方向的移動，電磁感應快速衰減，但微波諧振的衰竭速率較低，更為平和，且位移也存在一定的可用性。

2 基于懸磁浮無線充電系統(tǒng)設計方案

在無線充電期間，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，之后通過有線線圈間的耦合感應實現(xiàn)無線傳送。無線電能的傳輸主要通過送電線圈L1與受電線圈L2發(fā)揮作用，變壓器原線圈由L1與L2組成。工作人員根據(jù)結(jié)合器件高頻特點，設置適宜的調(diào)制頻率，提高運行效率，經(jīng)過試驗得知，最佳頻率為1.6 Hz。

懸磁浮子控制電路的設計應以單片機為核心部件，根據(jù)確定的控制算法進行編程，之后利用單片機控制浮子懸浮位置，通過傳感器測量浮子位置，保證運行穩(wěn)定性?；魻栐梢詸z測浮子，將其通過A-D系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為電信號后傳輸至單片機，在控制磁場位置時應有效采用數(shù)字PID控制器。根據(jù)不同的給定量，技術人員在控制磁場中浮子位置時也可以采用手工方法，合理調(diào)節(jié)浮子的受力大小。在反饋信息被接收后，單片機控制器可以直接轉(zhuǎn)換模擬信號，將其變?yōu)閿?shù)字信號進行反饋，磁鐵執(zhí)行器執(zhí)行，以合理控制磁場。電機驅(qū)動力主要通過功率驅(qū)動完成，傳感器為霍爾元件，可以保證浮子位置的準確測量，單片機接收模數(shù)。技術人員應根據(jù)受電線圈L2與浮子位置，確定懸浮無線充電方法。

3 模擬量接近開關設計與實現(xiàn)

電感式接近開關具備相同的工作原理，也具備一定特殊性。接近開關的設計應有效遵循以下標準，一是幾個開關點應由一個模擬量開關控制，當移動被檢測物體時，在不同位置觸發(fā)某個動作，其他相關位置也會發(fā)生相關動作。為了解決上述問題，幾個同等數(shù)量的接近開關應由一張金屬盤片或一個模擬量接近開關控制，在實現(xiàn)此項功能后，通過帶有模擬輸入的PLC輸入模塊完成控制。或者此項功能的實現(xiàn)也可以通過處理供應商信號完成。二是當模擬量接近開關進行線性運動時，應轉(zhuǎn)變磁信號為電信號，這也是最簡單的轉(zhuǎn)變方法。但此種方法的檢測范圍較小，設備之間不存在物理接觸。為了隨意調(diào)節(jié)可檢測范圍，應采用鍥形物體進行控制，當物體屬于非平面結(jié)構時，調(diào)節(jié)范圍得到擴大，可以將線型信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?。三是保證模擬量接近開關進行旋轉(zhuǎn)運動，通過偏心金屬盤片進行旋轉(zhuǎn)運動，以有效采集旋轉(zhuǎn)運動中產(chǎn)生的角度信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。四是在辨別旋轉(zhuǎn)方向時，模擬量接近開關可以使用同一個開關，將孔狀盤與齒狀盤選擇合理位置放置，為了保證辨別方向的準確性，編碼器應為模擬量開關。在此情況下，為了測定具體的旋轉(zhuǎn)方向，工作人員應使用一個模擬量接近開關，在二次儀表中確定3個開關點的具體位置，合理測定物體的旋轉(zhuǎn)速度。為了保證流程安裝的準確性，應進行反復試驗測量。

4 主要算法及實現(xiàn)

4.1 軟件流程圖

為了發(fā)揮預期功能，應利用軟件控制硬件，確定具體的流程圖。

4.2 軟件調(diào)試方法

本次軟件利用labvew程序進行調(diào)試，類似于BASIC、C程序，LabVIEW屬于通用編程系統(tǒng)，可以準確完成串口控制、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析等工作。一是LabVIEW標志，設置明顯的斷點，可以準確顯示存儲數(shù)據(jù)信息，調(diào)試工具為動畫等，可以通過單步執(zhí)行顯示子程序的運行結(jié)果，保證準確調(diào)試。LabVIEW可以轉(zhuǎn)變文本的編程語言，通過圖標語言代替，在文本編程語言的具體應用過程中，技術人員在確定語句與指令時應遵循明確規(guī)律，嚴格執(zhí)行命令。之后通過數(shù)據(jù)編程方法執(zhí)行LabVIEW，確定數(shù)據(jù)節(jié)點之間數(shù)據(jù)的走向，其中虛擬儀器為LabVIEW的程序模塊。LabVIEW可以提供類似于傳統(tǒng)儀器的控件，為用戶創(chuàng)建運行界面。在LabVIEM中，前面板為用戶界面，設計控制前面板編程時，應連線各個圖標。LabVIEW圖形源代碼又屬于程序框圖代碼，屬于流程圖范圍。

技術人員調(diào)試時先控制浮子，合理確定KP、KD、KI幾個控制參數(shù)，分別為比例增益、微分增益以及積分增益。為了減小誤差，應合理增加比例增益，但比例增益也會影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，增加KP會降低穩(wěn)定性，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)過大震蕩與不穩(wěn)定，應避免使用過大的KP。技術人員在調(diào)節(jié)規(guī)律時通過積分控制器積分進行，據(jù)此確定控制器的輸出信號，確定被調(diào)節(jié)量的變化率。在調(diào)節(jié)期間采用微分控制模式，當被調(diào)試量出現(xiàn)較大偏差時，才可以被調(diào)節(jié)。且偏差更大時，為了準確辨別調(diào)量的變化趨勢，還應引入微分調(diào)節(jié)器模式，保證3個參數(shù)合理性。

5 結(jié)束語

利用磁懸浮技術在空中懸浮浮子，通過無線充電技術充電，即為基于懸磁浮的無線充電技術。在通電情況下，傳感器檢測磁懸浮子的位置，并將數(shù)據(jù)傳輸至PID控制，以自動調(diào)節(jié)電磁磁力，保證浮子穩(wěn)定懸在空中。設計期間會存在一定缺陷，理想情況下，浮子處于穩(wěn)定狀態(tài)，但實際依然存在差距，電源雜波、傳感器靈敏度以及調(diào)試工具等均會影響浮子的穩(wěn)定性，甚至還會出現(xiàn)上下大幅度抖動，利用電線圈實現(xiàn)無線充電與懸浮功能。

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